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C OLLECTION T ECHNIQUE C IMBÉTON G11 Les bétons : formulation, fabrication et mise en œuvre FICHES TECHNIQUES TOME 2

Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

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béton: formulation , fabrication et mise en oeuvre

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Page 1: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

COLLECTION

TECHNIQUE

C I M B É T O N

G11

Les bétons : formulation,

fabrication et mise en œuvre

FICHES TECHNIQUES

TOME 2

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Les bétons : formulation,

fabrication et mise en œuvre

FICHES TECHNIQUES

TOME 2

Page 3: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

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Les Fiches techniques, tome II, ont été réalisées par les

experts de CIMBÉTON. Elles ont pour titre : « Les bétons :

formulation, fabrication et mise en œuvre ». Elles abordent

plus particulièrement :

– les mortiers et coulis ;

– les bétons courants ;

– les bétons à nouvelles performances.

Quant au tome III, il développera l’aspect durabilité et l’es-

thétique des bétons. Il traitera également des applications du

béton dans le domaine du bâtiment, des travaux routiers et

du génie civil.

Les Fiches techniques CIMBÉTON, destinées aux acteurs de

l’acte de construire ont pour ambition de mieux faire connaî-

tre les données essentielles relatives aux ciments et aux

bétons dans leur diversité. Elles ont également pour objectif

de contribuer à mieux faire connaître les possibilités cons-

tructives des bétons en constante évolution. Le béton,

matière d’architecture, relève à chaque fois les défis d’ex-

ception, de performances structurelles, d’aspect de surface

et de dimensionnement.

Avant-propos

Page 4: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

4

● 1 Les mortiers et les coulis 7

1.1 Les chaux hydrauliques naturelles– fabrication et utilisation dans le bâtiment 81.1.1 - Rappel historique 81.1.2 - Qu’est-ce que la chaux hydraulique naturelle? 81.1.3 - La fabrication des chaux hydrauliques naturelles 91.1.4 - La normalisation des chaux hydrauliques naturelles

(NHL) norme NF EN 459-1 91.1.5 - Les emplois des chaux hydrauliques naturelles 10

1.2 Les mortiers et coulis – généralités 121.2.1 - Qu’est-ce que le mortier ? 121.2.2 - Les mortiers de chantier et les mortiers prêts à l’emploi 121.2.3 - Les emplois des mortiers 141.2.4 - Les coulis 151.2.5 - Les techniques particulières de mise en œuvre 15

1.3 Les enduits 161.3.1 - Rôle de l’enduit 161.3.2 - Les types d’enduits 161.3.3 - La préparation du support 161.3.4 - L’exécution d’un enduit traditionnel 171.3.5 - Les enduits monocouches 201.3.6 - Traitements de surface décoratifs 211.3.7 - Adhérence de l’enduit : les défauts à éviter 21

1.4 Les chapes 221.4.1 - Le rôle de la chape 221.4.2 - Les différents types de chapes 221.4.3 - La réalisation des chapes 231.4.4 - Les chapes pour sols industriels 25

1.5 Les scellements et les calages 261.5.1 - Les domaines d’emploi 261.5.2 - Les exigences 261.5.3 - La composition 271.5.4 - Les scellements 271.5.5 - Le calage 28

1.6 Les mortiers et coulis de réparation 301.6.1 - Quand répare-t-on? 301.6.2 - Les causes des dégradations 301.6.3 - La reconstitution du béton de surface 311.6.4 - Le traitement des fissures 32

Sommaire

TOME 2

Les bétons : formulation, fabrication et mise en œuvre

Page 5: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

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● 2 Les bétons courants 35

2.1 Le béton : connaissance du matériau 362.1.1 - Historique 362.1.2 - Le béton, pour quoi faire? 362.1.3 - Quels bétons? 382.1.4 - Qu’est-ce que le béton? 382.1.5 - Propriétés des bétons 40

2.2 Domaines d’emploi et fonctions du béton 442.2.1 - Les possibilités du béton 442.2.2 - Les domaines d’emploi du béton 452.2.3 - Le béton et ses fonctions dans le bâtiment 462.2.4 - Des bétons adaptés aux besoins 472.2.5 - Les deux filières de la réalisation d’un ouvrage en béton 482.2.6 - Le béton et la qualité 49

2.3 Formulation des bétons courants 502.3.1 - Objet 502.3.2 - Rappel des caractéristiques recherchées pour un béton 502.3.3 - Comment déterminer la composition du béton? 502.3.4 - L’approche de la formulation 512.3.5 - Une méthode pratique de composition: les abaques de G. Dreux 522.3.6 - Exemples pratiques de composition 55

2.4 Le béton prêt à l’emploi – BPE 582.4.1 - L’origine et le développement du BPE 582.4.2 - Les avantages du BPE 582.4.3 - Une fabrication industrielle 592.4.4 - L’offre BPE 612.4.5 - Le transport et la manutention 642.4.6 - Les organismes professionnels du BPE 65

2.5 Les bétons : fabrication et transport 662.5.1 - La fabrication du béton 662.5.2 - L’approvisionnement et le stockage des constituants 662.5.3 - Le dosage des constituants 672.5.4 - Le malaxage des constituants 682.5.5 - Le transport du béton : l’approvisionnement du chantier 692.5.6 - Le transport du béton par benne, goulotte, tapis 692.5.7 - Le transport du béton par pompage 702.5.8 - Les règles à respecter lors du transport 70

2.6 Mise en œuvre du béton sur chantier 712.6.1 - Les différentes phases de la mise en œuvre 712.6.2 - L’approvisionnement du béton 712.6.3 - La mise en place 722.6.4 - Le serrage du béton 732.6.5 - La mise en œuvre du béton sans vibration: les bétons autoplaçants 742.6.6 - Le surfaçage du béton 742.6.7 - La protection du béton 742.6.8 - Le décoffrage 752.6.9 - La cure du béton 76

2.7 Le bétonnage – par temps chaud – par temps froid 782.7.1 - Le bétonnage par temps chaud 782.7.2 - Le bétonnage par temps froid 81

2.8 Les coffrages de chantier 842.8.1 - Le rôle du coffrage 842.8.2 - La conception des coffrages 842.8.3 - Les différents types de coffrages 852.8.4 - La préparation des coffrages 862.8.5 - Les produits de démoulage 87

Page 6: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

6

2.9 La vibration du béton sur chantier 882.9.1 - Le rôle de la vibration 882.9.2 - Comment agit la vibration? 882.9.3 - Les effets de la vibration 892.9.4 - Les paramètres de la vibration 892.9.5 - Les matériels de vibration 902.9.6 - Les règles de bonne pratique 91

● 3 - Les bétons aux nouvelles performances 93

3.1 Introduction 94

3.2 Les Bétons à Hautes Performances – BHP 963.2.1 - Définition des BHP 973.2.2 - Formulation, constituants et essais 973.2.3 - Spécifications sur les constituants 1013.2.4 - Avancées récentes 1013.2.5 - Propriétés physico-chimiqueset mécaniques des BHP 1013.2.6 - Performances des BHP 1043.2.7 - Association de bétons et d’armatures à hautes performances 1053.2.8 - Atouts des BHP 1073.2.9 - Analyse économique 1073.2.10 - Principaux domaines d’applications et principales références 1073.2.11 - Documents de références 109

3.3 Les bétons autoplaçants 1103.3.1 - Propriétés des BAP 1113.3.2 - Principe de formulation des BAP 1123.3.3 - Fabrication et transport 1123.3.4 - Mise en œuvre des BAP sur chantier 1133.3.5 - Domaines d’utilisation privilégiés des BAP 1143.3.6 - Précautions pour l’emploi des BAP 1153.3.7 - Les atouts des BAP 1153.3.8 - Atouts des BAP pour la réalisation des parements 1163.3.9 - Contrôle des BAP 1163.3.10 - Documents de référence 1183.3.11 - Le projet national BAP 1183.3.12 - Conclusions 119

3.4 Les bétons fibrés 1203.4.1 - Généralités 1203.4.2 - Les différents types de fibres 1203.4.3 - Les caractéristiques et les propriétés des fibres 1203.4.4 - Le rôle des fibres 1213.4.5 - Les atouts des fibres 1213.4.6 - Les domaines d’application des bétons fibrés 1223.4.7 - Les fibres polypropylène 1223.4.8 - Les fibres métalliques 1233.4.9 - Les fibres de verre 1243.4.10 - Les techniques de mise en œuvre 124

3.5 Les Bétons Fibrés à Ultra hautes Performances – BFUP 1263.5.1 - Principe de formulation des BFUP 1263.5.2 - Microstructure des BFUP et potentiel de cicatrisation 1283.5.3 - Performances mécaniques 1293.5.4 - Traitement thermique 1293.5.5 - Propriétés des BFUP 1293.5.6 - Fabrication, transport et mise en œuvre des BFUP 1313.5.7 - Durabilité des BFUP 1313.5.8 - Domaines d’applications potentiels des BFUP 1323.5.9 - Document de référence 1333.5.10 - Dimensionnement des structures en BFUP 1343.5.11 - Conclusions 134

Page 7: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

7

Chapitre1 Les mortierset les coulis

1.1 Les chaux hydrauliques naturelles

1.2 Les mortiers et les coulis – généralités

1.3 Les enduits

1.4 Les chapes

1.5 Les scellements et les calages

1.6 Les mortiers et les coulis de réparation

Page 8: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

1.1.1 - Rappel historique

Les chaux sont utilisées depuis des millénaires. LesChinois, les Égyptiens, les Mayas ont construit desédifices durables avec des mortiers à base de chauxà caractère hydraulique, obtenues par cuisson descalcaires locaux. Plus près de nous, les Romainspuis nos ancêtres ont utilisé les mêmes procédéspour construire des ouvrages et des bâtiments quifont partie de notre patrimoine.

1.1.2 - Qu’est-ce que la chauxhydraulique naturelle?

La chaux hydraulique naturelle est obtenue par cal-cination, à une température supérieure à 900 °C,de roches calcaires qui contiennent des élémentssiliceux et alumineux. Au cours de la calcination, ilse forme simultanément :– de l’oxyde de calcium (chaux vive) provenant de

la décomposition du carbonate de calcium, cons-tituant principal du calcaire :

CaCO3 → CaO + CO2

Carbonate de calcium → oxyde de calcium + gaz carbonique

– des silicates et des aluminates de calcium prove-nant de la combinaison d’une partie de la chauxvive avec les éléments siliceux et alumineux.

À l’issue de la calcination, les chaux sont hydratéespour éteindre la chaux vive non combinée :

CaO + H2O → Ca (OH)2

Cette réaction s’accompagne d’un fort dégagementde chaleur et provoque la pulvérisation du produit.Les chaux éteintes sont généralement broyées. Lessilicates et les aluminates de calcium leur donnentla propriété de faire prise et même de durcir sousl’eau. C’est à cette propriété qu’elles doivent leurdésignation « chaux hydrauliques naturelles ».Comme les chaux aériennes (calciques ou dolomi-tiques) les chaux hydrauliques naturelles durcissentégalement à l’air par carbonatation lente.

Selon la roche ou le constituant d’origine et le trai-tement subi, on obtient les différentes chaux figu-rant dans le tableau ci-dessous.

Chapitre • Les mortiers et les coulis1

8

1.1 Les chaux hydrauliques naturelles– fabrication et utilisation dans le bâtiment

* Désignations issues de la normalisation européenne (NF EN 459-1) – NHL : Natural Hydraulic Lime– CL : Calcium Lime– DL : Dolomitic Lime

Les différents types de chaux

MatièreCalcination au-dessus

Extinction par hydratationAprès tamisage et broyage,

de 900 °C produits commercialisés

Calcaire siliceux et alumineuxCHAUX VIVE CHAUX ÉTEINTE CHAUX HYDRAULIQUE

+ silicates et aluminates + silicates et aluminates NATURELLE (NHL)*

Calcaire à faible teneurCHAUX CALCIQUE (CL)*

en silice et alumineCHAUX VIVE CHAUX ÉTEINTE

Calcaire dolomitique à faible CHAUX DOLOMITIQUE (DL)*

teneur en silice et alumine

Page 9: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

1.1.3 - La fabrication des chauxhydrauliques naturelles

La matière première

La roche calcaire est extraite de carrières à cielouvert ou souterraines. Après abattage, elle estconcassée et criblée.

La cuisson

La cuisson s’effectue en général dans des fours ver-ticaux à marche continue, dans lesquels sont intro-duits dans la partie supérieure, par couchessuccessives, la pierre calcaire et le combustible. Lamatière descend lentement, en traversant d’abordune zone de préchauffage, provoquant l’évapora-tion de l’eau libre et la déshydratation (vers200 °C). Elle traverse ensuite une zone de calcina-tion où elle est décarbonatée (à partir de 900 °C).La zone de cuisson proprement dite, où se formentles silicates et aluminates de calcium, se situe à unetempérature variant entre 1000 °C et 1200 °Cselon la qualité de chaux recherchée.

L’extinction

La chaux recueillie à la sortie du four passe alorspar une extinction contrôlée où, sous l’action del’eau, la pierre se pulvérise et la chaux vive estéteinte complètement, tout en respectant les sili-cates et aluminates qui lui donnent naturellementson caractère hydraulique.

Le broyage

Le matériau obtenu est généralement broyé, avecou sans addition d’autres constituants.

1.1.4 - La normalisation des chaux hydrauliques naturelles (NHL) norme NF EN 459-1

Classes de résistance

Les chaux hydrauliques naturelles (NHL) sont clas-sées en fonction de leur résistance à 28 jours expri-mée en N/mm2 ou MPa (1 N/mm2 = 1 MPa). Ilexiste trois classes de résistance désignées par lavaleur minimale : 2, 3,5 et 5. À chaque classe cor-respond une plage de variation entre cette valeurminimale et une valeur maximale, comme indiquéau tableau ci-dessous.

Caractéristiques physiques et chimiques

La norme fixe des valeurs inférieures ou supérieu-res pour un certain nombre de caractéristiques.•La finesse de mouture : refus aux tamis– de 90 µm (0,09 mm) ≤ 15 %– de 200 µm (0,2 mm) ≤ 5 %.

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Exigences sur la résistance mécanique normalisée

Type Classe de Résistance à la compression en MPade chaux résistance 7 jours 28 jours

NHL 2 2 – ≥ 2 à ≤ 7

NHL 3,5 3,5 – ≥ 3,5 à ≤ 10

NHL 5 5 ≥ 2 ≥ 5 à ≤ 15*

* Si NHL 5 a une masse volumique apparente inférieure à 0,90 kg/dm3,il est permis d'avoir une résistance jusqu'à 20 MPa.

Page 10: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

À titre indicatif ces valeurs correspondent à une surface spécifique Blaine de 8000 cm2/g à10000 cm2/g.• Stabilité : l’expansion ≤ 2 mm.• Pourcentage d’eau libre ≤ 2 %.• Pourcentage de chaux libre ≥ 8 %.

• Le temps de prise initial doit être supérieur à uneheure. Le temps de prise final doit être inférieur ouégal à quinze heures.• Teneur en air ≤ à 20 %.

Désignation

La désignation comprend les lettres NHL suiviesde la classe de résistance (exemple : NHL 3,5).Lorsqu’une addition de matériaux pouzzolaniquesou hydrauliques est effectuée dans la limite de20 % comme l’autorise la norme, la chaux hydrau-lique naturelle est désignée NHL-Z.

1.1.5 - Les emplois des chauxhydrauliques naturelles

Les mortiers de chaux hydraulique naturelle trou-vent leurs applications essentiellement dans lebâtiment, où leurs qualités sont appréciées pour lesenduits, les menus ouvrages en maçonnerie, lapose de carrelages anciens, le jointoiement et laconsolidation de murs, les badigeons et d’unefaçon générale, pour les travaux de restauration.

Les enduits

La chaux hydraulique naturelle est un liant clair qui,mélangé aux sables locaux, assure une parfaite res-titution des enduits anciens. Additionnée de pig-ments elle permet également de fabriquer desmortiers présentant une vaste palette de teinteséclatantes.

Les nombreuses qualités de la chaux hydrauliquenaturelle, notamment plasticité et adhérence, ren-dent son emploi très intéressant et très efficacedans la confection des enduits intérieurs et exté-rieurs où la résistance de l’enduit doit être adaptéeà celle des supports tendres.

Enduits pour le bâti neuf

Les recommandations pour la composition desmortiers à base de chaux hydrauliques naturelles sont détaillées dans la norme NF P 15-201 « DTU 26.1. Travaux de bâtiment. Enduits aux mor-tiers de ciments, de chaux et de mélange plâtre etchaux aérienne. »*.

Enduits sur maçonneries anciennes

La chaux hydraulique naturelle est particulièrementadaptée à la restauration des constructions ancien-nes et des monuments historiques (églises, tours,

Chapitre • Les mortiers et les coulis1

10

* Compte tenu de sa date de publication, le DTU 26.1 fait référence à lanorme NF P 15-310 de 1969 et à ses désignations.

Valeurs caractéristiques des exigences chimiques

Type CO2 Chaux libre

HL 2pas

≥ 8

HL 3,5 d’exigence ≥ 6

HL 5 ≥ 3

Pour mémoire, la limite de teneur en SO3 est maintenue à moins de 3 %.

Page 11: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

châteaux). Ces ouvrages ont souvent été construitsen utilisant des chaux hydrauliques naturelles.

L’utilisation de la chaux hydraulique naturelle surles maçonneries anciennes permet de limiter lesrisques de fissuration et les désordres divers. Il estpar contre essentiel de réaliser des études préala-bles lorsqu’il est envisagé de mettre en œuvre, àl’extérieur, des mortiers de chaux hydraulique surdes supports à base de plâtre.

Les badigeons

Les chaux hydrauliques naturelles conviennentbien pour la confection de laits de chaux ou badi-geons, qui peuvent être colorés dans la masse. Ces

chaux sont suffisamment fines et riches en hydro-xyde de calcium pour rester en suspensionaqueuse et donner un lait de chaux utilisable aumoyen d’un pinceau ou d’un pulvérisateur.

Mortiers de pose et de jointoiement

Grâce à ses qualités de plasticité et d’adhérenceaux supports, la chaux hydraulique naturelle estbien adaptée au hourdage et au jointoiement deblocs, briques et pierres. Elle peut être employéepure ou bâtardée selon la vitesse de durcissementsouhaitée.

Coulis de consolidation

Certaines maçonneries anciennes ont été hourdéesà la terre. Au fil des ans celle-ci s’est délitée, tasséeou a fui à travers les joints dégradés du parement.

On les consolide en injectant en aveugle un coulisde chaux hydraulique naturelle par assises succes-sives au fur et à mesure de l’avancement du rejoin-toiement du parement.

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Page 12: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

1.2.1 - Qu’est-ce que le mortier?

Une construction est généralement réalisée paréléments, dont il faut assurer la liaison ou qu’il fautprotéger par un revêtement. On doit alors effec-tuer des scellements ou divers travaux de reprise,de bouchage, etc. Toutes ces opérations se font àl’aide d’un liant toujours mélangé à du sable, del’eau – et éventuellement un adjuvant – pour obte-nir un « mortier », qui se distingue du béton par l’ab-sence de gravillons.

Des compositions multiples de mortiers peuventêtre obtenues en jouant sur les différents para-mètres : liant (type et dosage), adjuvants et ajouts,dosage en eau. En ce qui concerne le liant, tous lesciments et les chaux sont utilisables ; leur choix etle dosage sont fonction de l’ouvrage à réaliser etde son environnement.

Les mortiers bâtards sont constitués par desmélanges de ciment et de chaux avec du sable,dans des proportions variables. Les chaux appor-tent leur plasticité, les ciments apportent la résis-tance mécanique et un durcissement plus rapide.

Les mortiers peuvent être :– préparés sur le chantier en dosant et en mélan-geant les différents constituants, adjuvants compris ;– préparés sur le chantier à partir de mortiers indus-triels secs prédosés (il suffit d’ajouter la quantitéd’eau nécessaire) ;– livrés par une centrale : ce sont des mortiers prêtsà l’emploi, dont les derniers nés, les mortiers retar-dés stabilisés, ont un temps d’emploi supérieur à24 heures.

Les mortiers industriels se sont beaucoup dévelop-pés ces dernières années, permettant d’éviter lestockage et le mélange des constituants sur deschantiers parfois exigus et difficiles d’accès : réno-vation, travaux souterrains.

Le marché du bricolage a profité du développe-ment des mortiers prémélangés. Aujourd’hui, onpeut trouver dans les surfaces de bricolages desmortiers répondant à tous les besoins non seule-ment par la nature du produit, mais aussi par sonconditionnement plus adapté : sacs de 5 à 25 kg.

1.2.2 - Les mortiers de chantier et les mortiers prêts à l’emploi

Les mortiers fabriqués sur le chantier

L’entreprise qui fabrique sur le chantier son mortierdoit choisir correctement le liant en fonction de sontype et de sa classe, le ou les sables, la teneur eneau (pour obtenir la plasticité désirée) et les adju-vants adaptés à la destination du mortier.

Les sables utilisés sont généralement siliceux ousilico-calcaires ; leur granulométrie est de préférence

Chapitre • Les mortiers et les coulis1

12

1.2 Les mortiers et coulis – généralités

Page 13: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

continue. Les dosages se feront en poids plutôtqu’en volume comme c’est souvent le cas, afind’éviter les erreurs de dosage, par suite de l’aug-mentation de volume du sable humide (foisonne-ment).

Les mortiers peuvent comporter différents typesd’adjuvants :– réducteurs d’eau-plastifiants ;– plastifiants ;– entraîneurs d’air ;– modificateurs de prise (retardateurs, accéléra-

teurs) ;– hydrofuges.Dans tous les cas des soins particuliers doivent êtrepris afin d’obtenir des mortiers sans ressuage,homogènes d’une gâchée à l’autre.

Le dosage en liant, (ciment ou chaux, ou mélangedes deux) le plus généralement employé est de300 à 400 kg/m3 de sable. Pour un sable courant etun ciment Portland utilisé au dosage de 400 kg/m3

de sable, la quantité d’eau de gâchage nécessairepour obtenir un bon mortier d’usage courant est del’ordre de 200 litres au maximum, qu’on a intérêtà diminuer par l’emploi de réducteur d’eau ou deplastifiant.

Les mortiers industriels secs prémélangés

Comme la plupart des produits industriels, cesmortiers font l’objet de contrôles à tous les stadesde leur élaboration par le fabricant, ce qui constituepour l’utilisateur une sécurité.

Les autres avantages présentés par ces produitssont les suivants :– prédosage de composition constante, garant de

régularité et de qualité ;– pas d’approvisionnement et de stockage sur

place des constituants (sables, liants, adjuvants) ;– perte de temps limitée (appréciable dans le cas

de travaux à effectuer rapidement et lorsque laplace fait défaut) ;

– chantiers plus propres.

Les producteurs proposent de nombreuses formu-les standard répondant à la plupart des besoins. Ilspeuvent également étudier des compositions demortier adaptées, donnant les performances opti-males requises pour chaque usage. Ces mortiersreçoivent le plus souvent un ou plusieurs adjuvantsen poudre, afin de modifier les propriétés rhéolo-giques, les temps de prise, la durabilité, l’aspect(mortiers colorés) ou leur adhérence grâce à l’ajoutde résines vinyliques ou acryliques. Ils sont condi-tionnés en sacs. Ces dernières années, il est apparudes sacs de 10 et 25 kg pour les petits travaux etle bricolage.

Les mortiers frais retardés,stabilisés, prêts à l’emploi

Depuis quelques années est apparue une nouvellegénération de mortiers livrés par les centrales debéton prêt à l’emploi : les mortiers frais retardés etstabilisés. Du fait qu’ils sont retardés, ces mortierspeuvent être livrés et stockés en quantité impor-tante. On peut les utiliser dans un délai allant jusqu’à 24 heures sans avoir le souci de préparerde nombreuses petites gâchées. Très maniables ethomogènes, ils possèdent des résistances très largement suffisantes pour les travaux auxquels ils sont destinés : maçonnerie et jointoiement.

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Mortier de jointoiement produit par silo mélangeur.

Page 14: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Lorsqu’ils sont étalés en couche mince, la prise deces mortiers est accélérée (effet d’absorption d’eaupar le support et perte par évaporation).

Ces mortiers permettent, comme le béton prêt àl’emploi, de simplifier et d’améliorer les conditionsde travail, en évitant les pertes de temps. Ils sonten général livrés dans des auges ou des bacs nonabsorbants, de 250 à 500 litres de capacité. Cesbacs restent sur le chantier, ce qui fournit un stoc-kage commode et une complète disponibilité.

Les mortiers de fibres

L’incorporation de fibres de verre ou de polypro-pylène permet d’obtenir des mortiers présentantune cohésion supérieure et moins fissurables. Cesont soit des mortiers prémélangés, livrés en sac,soit des mortiers prêts à l’emploi, livrés par certai-nes centrales.

1.2.3 - Les emplois des mortiers

Les joints de maçonnerie

La construction réalisée en éléments maçonnés(blocs de béton, pierres de taille, briques), néces-site leur assemblage avec un mortier qui doit pré-senter des caractéristiques mécaniques suffisantespour assurer la transmission des charges et unecompacité suffisante pour être étanche. On a géné-ralement intérêt à utiliser des mortiers ne présen-tant pas un module d’élasticité trop élevé, de façonà pouvoir s’adapter aux variations dimensionnellesdes éléments qu’il liaisonne sans fissurer.

Les mortiers de joints constituent donc un maillonimportant de la maçonnerie, qui doit être bien étudiéet bien mis en œuvre pour assurer la fonction qui luiest dévolue. C’est notamment le cas de la maçonne-rie apparente. La norme XP P 10-202-1 « DTU 20.1.Ouvrage en maçonnerie de petits éléments. Paroiset murs. » fournit des indications sur les dosagespréconisés pour les mortiers de jointoiement, ainsique les préconisations pour leur mise en œuvre.

Les enduits

Ce domaine d’application, qui constitue l’un desplus vastes débouchés des mortiers, fait l’objet duchapitre I.3. Rappelons simplement qu’à côté desenduits traditionnels en trois couches décrits dansla norme NF P 15-201 (DTU 26.1), se développentaujourd’hui les enduits monocouches épais, ainsique les enduits isolants considérés encore commenon traditionnels. Ces produits font l’objet d’uneprocédure d’Avis technique par le CSTB.

Les chapes

Les chapes ont pour fonction d’assurer la mise àniveau du dallage et la régularité de sa surface. Leschapes peuvent constituer la finition : on y incor-pore alors souvent des produits spécifiques. Ellespeuvent aussi constituer le support d’un revête-ment de sol. Les chapes doivent présenter unerésistance suffisante pour assurer la transmissiondes charges au support, et parfois résister à l’abra-sion ou au poinçonnement (sols industriels).Adhérente ou flottante, la chape peut également

Chapitre • Les mortiers et les coulis1

14

Réglage d’une chape (lemortier est ici coloré grâceà des pigments minéraux).

Serrage d’un enduità la spatule.

Page 15: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

avoir une fonction thermique ou acoustique. Cesouvrages sont décrits dans la norme NF P 14-201« DTU 26.2. Travaux de bâtiment. Chapes et dallesà base de liants hydrauliques. ». Le chapitre I.4 leurest consacré.

Les scellements et les calages

La multiplicité des problèmes de scellement et decalage a conduit les producteurs de mortiers indus-triels à mettre au point des produits spécifiquesadaptés aux travaux à réaliser : scellements d’élé-ments de couverture, scellements d’éléments desecond œuvre, scellements de mobiliers urbains,scellements de regards de visite, assemblage d’é-léments préfabriqués… Ces applications sontdécrites dans le chapitre I.5.

1.2.4 - Les coulis

Le coulis est un mélange fluide, à base de chargesfines inférieures à 0,3 mm, de liants hydrauliques etd’adjuvants. Outre les liants classiques, il existeaussi des liants spéciaux pour coulis d’injection.Les charges sont constituées par des suspensionsd’argile, de bentonite (argile colloïdale). Lesdomaines d’utilisation des coulis sont les remplis-sages de cavités et fissures dans les roches, les solsou les ouvrages béton ou maçonneries.

1.2.5 - Les techniques particulières de mise en œuvre

Les techniques traditionnelles sont développéesdans les chapitres correspondant aux différentsdomaines d’emploi (4.2, 4.3 et 4.4). On ne cite doncici que deux techniques qui intéressent de nom-breuses applications : la projection et l’injection.

La projection

Fabriqués sur chantier, ou plus généralement pré-dosés, les mortiers projetés comportent, outre leliant et le sable habituels, des adjuvants spécifiques

améliorant l’adhérence, des charges (silice, carbo-nate, etc.), et parfois des fibres (verre, polypropy-lène ou acier).

Projeté à l’aide de machines le plus souvent à aircomprimé, le mortier est plus compact, adhèremieux au support et se prête bien à son applicationsur des parties d’ouvrages difficiles d’accès et deforme irrégulière. La suppression de manipulationsdélicates et pénibles, ainsi que les gains de pro-ductivité, expliquent le succès du mortier projetédans de nombreuses applications :– enduits monocouches, enduits isolants ;– revêtements de voûtes, en galeries, consolida-

tion de talus ;– travaux de réparation, etc.

L’injection de mortiers ou coulis

L’injection de mortier n’intéresse que certainstypes de travaux où les cavités à remplir sont suffi-samment larges. Il est nécessaire que le diamètremaximum des grains de sable les plus gros nedépasse pas le 1/5 des vides les plus fins à remplir.S’il n’en était pas ainsi, il faudrait utiliser des coulisd’injection.

Comme dans le cas des coulis de ciment, le mor-tier d’injection doit être constitué de façon à être leplus « injectable » possible : grande fluidité pour unressuage modéré (et, partant, une bonne stabilité,peu de ségrégation).

Les applications de l’injection sont essentiellementle remplissage de cavités, gaines, enveloppesdiverses, ou plus généralement les vides d’accèsdifficile. L’injection est généralement pratiquéepour certains travaux sous l’eau, avec des formulesde mortier étudiées pour éviter le délavage.

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Page 16: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Les enduits sont des ouvrages traditionnels quirelèvent de la norme NF P 15-201 (DTU 26.1)« Travaux de bâtiment. Enduits aux mortiers deciments, de chaux et de mélange plâtre et chauxaérienne ».

1.3.1 - Rôle de l’enduit

Les enduits aux mortiers de liants hydrauliquessont utilisés aussi bien pour les travaux neufs quepour la réfection de façades. Les enduits remplis-sent plusieurs rôles :– un rôle de protection du gros œuvre contre les

intempéries ;– un rôle d’imperméabilisation, tout en laissant

« respirer » le support ;– un rôle esthétique (aspect et couleur).Les enduits habillent le gros œuvre en le proté-geant. Ils constituent la finition extérieure visible dela construction.

1.3.2 - Les types d’enduits

Les enduits classiques à base de liants hydrauliquesont une épaisseur de l’ordre de 2 à 3 cm. Ils se dis-tinguent les uns des autres par :– leur aspect, leur relief, leur teinte ;– leur composition (liant, sable, adjuvants, colo-

rants, charges diverses, etc.) ;– leur mode d’application : en trois couches

manuelles ou en deux couches par projectionmécanique.

Les enduits se sont diversifiés grâce à l’apparitionde liants et d’adjuvants mieux adaptés et grâce auxperfectionnements des appareils de projection.

Pour des raisons de rapidité de mise en œuvre, lesenduits ont évolué et donné naissance à une nou-velle famille : les enduits monocouche, dont le déve-loppement a été favorisé par leur industrialisation.

1.3.3 - La préparation du support

De la bonne préparation du support vont dépendrel’adhérence de l’enduit et son aspect final. Lesenduits sont appliqués sur des supports de naturetrès différente : maçonnerie de pierres, de briquesou de blocs en béton, béton banché brut de décof-frage, béton de granulats légers, béton cellulaire,fibres-ciment, bois. Certains supports permettentune application directe, c’est le cas de la brique, desblocs en béton, des maçonneries de pierre. D’autressupports nécessitent un traitement préalable.

Dans tous les cas, le support :– doit être débarrassé des poussières et des selséventuels, être sans trace de plâtre (formation desulfo-aluminate de chaux expansif avec le ciment) ;– s’il n’est pas assez rugueux, doit être brossé oupiqué pour permettre un bon accrochage de l’en-duit ;– doit être suffisamment humidifié avant la projec-tion de la première couche d’accrochage (parfoisplusieurs humidifications sont à prévoir un jour ouquelques jours à l’avance). Cette humidification enprofondeur doit être d’autant plus poussée quel’atmosphère ambiante favorise le séchage (cha-leur, vent, etc.).

Chapitre • Les mortiers et les coulis1

16

1.3 Les enduits

Page 17: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

En revanche, le support doit être « ressuyé » en sur-face lors de l’application de l’enduit. La préparationest également fonction de l’ancienneté des murs.

Supports neufs

Les travaux d’enduit ne doivent être commencésque sur des maçonneries terminées depuis un délaiminimum d’un mois et après mise hors d’eau de laconstruction. Pour assurer une bonne tenue del’enduit, il convient de ne l’appliquer que sur desmatériaux ayant terminé la plus grosse partie deleur retrait. Pour les surfaces localisées présentantdes défauts de planimétrie, il faut prévoir de dres-ser la surface avec un mortier de composition ana-logue à celle du corps d’enduit, et éventuellementde l’armer.

Supports anciens

Le mur doit d’abord être débarrassé de toutes tra-ces de revêtements anciens, friables ou non adhé-rents tels que : enduits dégradés, hydrofuges desurface, peintures, etc. Il pourra être nécessaire,dans certains cas (présence de taches blanchâtresde calcite sur les murs), de procéder à un brossageà la brosse métallique ou à un lavage à l’eau souspression. Les joints de maçonneries de briques oude moellons sont dégarnis sur 2 à 3 cm de profon-deur et brossés.

1.3.4 - L’exécution d’un enduittraditionnel

Les mortiers pour enduits peuvent être soit doséset gâchés sur le chantier, soit prédosés en usine(mortiers industriels) ne nécessitant alors qu’unéventuel apport d’eau pour leur gâchage aumoment de l’emploi (« mortiers secs » prêts àgâcher).

Pour la première famille, les préconisations dedosage fournies par la norme NF P15-201, en fonc-tion de leur destination et du support, sont résu-mées dans le tableau page 19, pour les cas les pluscourants d’enduits sur maçonneries récentes deblocs béton ou de briques.

En ce qui concerne les mortiers industriels (« mor-tiers frais » prêts à l’emploi ou « mortiers secs »prêts à gâcher), les spécifications concernant lescaractéristiques des mortiers durcis font l’objet dela norme européenne NF EN 998-1.

Selon sa destination et les sollicitations qui endécoulent, le mortier doit présenter des perfor-mances adaptées, notamment pour la résistance àla compression et l’absorption d’eau. À cet effet,des classes ont été établies par la norme auxquel-les pourront faire référence les pièces du marché.

Les mortiers industriels sont soumis, depuis 2005,au marquage CE obligatoire qui prévoit la mentiondes caractéristiques du mortier durci.

Les mortiers pour enduits traditionnelsréalisés sur chantier (norme NF P 15-201)

Les liants

Les ciments Portland CEM I et Portland composésCEM II conformes à la norme NF EN 197-1, lesciments à maçonner (norme NF EN 413-1), leschaux hydrauliques ou aériennes éteintes (normeNF EN 459-1) peuvent être utilisés pour la réalisa-tion des enduits.

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Classification des caractéristiques des mortiers durcis(norme NF EN 998-1, mortiers industriels)

Propriété Catégorie Valeurs

Résistance CS 1 0,4 à 2,5 N/mm2

à la CS 2 1,5 à 5 N/mm2

compression CS 3 3,5 à 7,5 N/mm2

à 28 jours CS 4 ≥ à 6 N/mm2

Absorption W 0 Non spécifiéd’eau par W 1 c ≤ 0,4 kg/m2. min0,5

capillarité W 2 c ≤ 0,2 kg/m2. min0,5

Page 18: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Pour éviter la tendance à la fissuration, il convientd’utiliser les classes de résistances moyennes.

Le ciment prompt naturel peut être également uti-lisé seul ou en mélange avec de la chaux ou unciment Portland. L’emploi du prompt permet detravailler à température plus basse et de réduire lestemps d’attente entre les couches.

Les chaux aériennes et les chaux hydrauliquesnaturelles améliorent la capacité de rétentiond’eau. Mélangées au ciment, elles permettentd’obtenir des mortiers bâtards, à la fois onctueux,gras, adhérents et ne se ségrégeant pas.

La préférence donnée aux mélanges de ciment et de chaux n’exclut pas pour autant la possibilitéd’utiliser des ciments et des chaux hydrauliques à l’état pur. C’est ainsi que la chaux hydrauliquenaturelle est utilisée pour les mortiers de couchede finition, tandis que le ciment est surtoutemployé pour la couche d’accrochage.

Les sables

Ils doivent être conformes aux normes NF EN 12620et NF EN 13139. Le sable doit être sain, siliceux,silico-calcaire ou même calcaire à condition que lesgrains ne soient pas friables. Il doit être propre,c’est-à-dire dépourvu d’impuretés susceptibles decompromettre la qualité du mortier en œuvre(argile, vase, terre végétale, plâtre, sels minéraux).Le degré de propreté du sable est mesuré par l’essai d’équivalent de sable (voir le chapitre 2.1,tome I). L’indice fourni par cet essai SE doit êtresupérieur à 75.

Il est préférable d’utiliser des sables roulés derivière. Les sables de carrière conviennent s’ils nerenferment pas d’impuretés nocives. Les sables demer doivent être lavés (sinon ils sèchent mal etpeuvent donner lieu à des efflorescences en raisondes sels qu’ils contiennent). La granulométrie dessables doit être limitée à 4 mm.

En général, les dosages du mortier sont exprimésen poids de liant par m3 de sable sec. Or, le plussouvent, sur le chantier, le sable renferme un cer-tain pourcentage d’eau (pouvant varier de 0 à20 %) et il suffit de très peu d’eau pour que le

poids du m3 de sable soit modifié ; c’est le phéno-mène bien connu du « foisonnement » du sable.

Pour éviter des surdosages en liant pouvantconduire à des enduits plus fissurables, il est utilede déterminer la teneur en eau du sable par unessai facile à pratiquer sur chantier (séchage etpesée du sable). À défaut, on prendra un coeffi-cient de foisonnement forfaitaire de 25 %.

Les adjuvants

Il peut s’avérer intéressant d’ajouter un adjuvant aumortier si celui-ci, malgré toutes les précautionsprises, n’est pas suffisamment maniable. On utilisealors un plastifiant ou un entraîneur d’air. L’emploid’un hydrofuge de masse permet de diminuer lacapillarité de l’enduit et d’améliorer son imper-méabilité. Les adjuvants, éventuellement utilisés,doivent être conformes à la norme NF EN 934-2.

Les produits d’accrochage

Ces produits généralement à base d’émulsionthermoplastiques : copolymères vinyliques, styrènebutadiène, acryliques sont destinés à améliorerl’adhérence de l’enduit sur le support lorsque sonétat de surface le nécessite, ainsi que ses proprié-tés mécaniques.

Les colorants

Ils doivent être exclusivement d’origine minérale.Leur dosage sera inférieur à 3 % du poids du liant.

Chapitre • Les mortiers et les coulis1

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Page 19: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

La mise en œuvre

Application manuelle

La réalisation d’un enduit traditionnel se fait entrois couches :– une première couche dite gobetis ou couche

d’accrochage, de 2 à 4 mm d’épaisseur ;– une deuxième couche formant le corps d’enduit,

de 12 à 20 mm d’épaisseur ;– une troisième couche appelée couche de finition,

de 5 à 7 mm d’épaisseur, qui a un rôle décoratif.

Les résistances mécaniques du mortier de chacunedes couches constituant l’enduit doivent êtredégressives, la plus forte étant donnée au gobetis.Cette exigence conduit à un dosage en liant égale-ment dégressif pour les trois couches. Le gobetisest toujours réalisé en mortier de ciment (ou dechaux hydraulique naturelle pour les enduits surmaçonneries anciennes). Les deux couches suivan-tes sont en mortier de ciment, de chaux ou en mor-tier bâtard. La nature du liant est choisie selon lanature du support. L’emploi d’un mortier colorécontribue à l’esthétique de la façade.

Les dosages des liants que l’on peut préconiserpour des travaux courants sur maçonnerie ou surbéton sont donnés au tableau suivant à titre indica-tif : la norme NF P 15-201 (DTU 26.1) fournit desvaleurs de dosage suivant la nature du support. Onpourra s’y référer pour plus de précision.

Il faut veiller à la régularité des constituants et desdosages. Les variations de dosages, notamment eneau, peuvent provoquer des variations des carac-téristiques, notamment de teinte, de même que les

conditions ambiantes (vent, soleil), qui peuventconduire à protéger l’enduit frais contre la dessica-tion par humidification, bâches de protection ouproduits de cure. La compacité de la couche ducorps d’enduit est obtenue par un « serrage éner-gique » du mortier à la taloche.

Application mécanique

L’enduit peut aussi être réalisé en deux coucheslorsque le mortier est projeté mécaniquement(machine à projeter, pot de projection). La pre-mière couche assure l’adhérence de l’enduit ausupport et l’éventuel rattrapage des irrégularités,elle a une épaisseur de 10 à 15 mm. La secondecouche donne sa forme définitive à l’enduit etcomplète la fonction imperméabilisation. Sonépaisseur est de 8 à 12 mm. Le mortier est serréénergiquement à la taloche.

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Composition des mortiers d’enduits pour maçonneries récentes de blocs béton ou briques

Dosage en liant/m3 de sable sec Sable

Couches Enduits mortierEnduits mortier Enduits mortier

Éléments finsciment ou chaux

bâtard (2e et 3e bâtard avec chaux Granulométrie< 0,08 mm

couches seulement) aérienne éteinte

1re couche gobetis500 à 600 kg de ciment 500 à 600 kg de ciment 500 à 600 kg de ciment

0/4 NéantCEM I ou CEM II CEM I ou CEM II CEM I ou CEM II

100 à 350 kg de ciment (1)200 à 350 kg de ciment (1)

2e couche 350 à 450 kg de ciment (1)

+ 100 à 350 kget/ou chaux hydraulique

0/4 > 5 %corps d’enduit (2) ou chaux hydraulique

de chaux hydrauliquenaturelle + 100 à 150 kgde chaux aérienne éteinte

50 à 200 kg de ciment (1)150 à 250 kg

3e couche 250 à 350 kg de ciment (1)

+ 100 à 300 kg de chaux hydraulique ou

0/4 Riche en éléments finsde finition (3) ou chaux hydraulique

de chaux hydrauliquede ciment + 50 à 150 kgde chaux aérienne éteinte

1. Ciment CEM I ou CEM II, classe 32,5 ou 42,5, liant à maçonner ou prompt naturel.

2. Le dosage global en liant est compris entre 350 et 450 kg/m3 de sable sec.

3. Le dosage global en liant est compris entre 250 et 350 kg/m3 de sable sec.

Page 20: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Délais séparant l’application des différentes couches

Les délais minima sont de 48 heures entre la pre-mière et la deuxième couche, et de 4 à 7 jours, sui-vant la nature du liant, entre le corps d’enduit et lacouche de finition. Ces délais sont nécessaires pourque le mortier ait effectué la plus grande partie deson retrait.

Application de l’enduit

Un enduit peut être réalisé selon deux méthodes :soit au « jeté » directement, soit entre « nus et repè-res ». Les travaux courants sont généralement exé-cutés au jeté directement. Les travaux soignés sontréalisés entre nus et repères. Dans ce cas, desrepères sont d’abord placés aux extrémités hauteet basse des nus à réaliser. On exécute les nus engarnissant derrière une règle appliquée sur lesrepères et maintenue par des chevillettes.

1.3.5 - Les enduits monocouches

Ils se distinguent des enduits traditionnels par leurapplication en une ou deux passes, avec un produitde même composition, préparé en usine et livré en

sacs prêts à gâcher. Dosés avec des méthodesindustrialisées, les enduits monocouches présen-tent la sécurité d’une qualité constante et contrôléedans le cadre de la procédure d’Avis technique.

La composition de ces enduits comporte souventdes charges légères (perlite, vermiculite, ponce) oudes fibres, ainsi que des adjuvants (entraîneursd’air, hydrofuges) et des rétenteurs d’eau.

Ces enduits font l’objet du document élaboré par leCSTB (Cahier N° 1777 de juin 1982). « Conditionsgénérales d’emploi et de mise en œuvre desenduits d’imperméabilisation de mur à base deliants hydrauliques ». Leurs performances sont spé-cifiées par la norme NF EN 998-1.

Conditions d’emploi

Le choix de l’enduit doit être fonction :– de la nature du support considéré ;– de l’exposition de la paroi ;– des moyens et des conditions de mise en œuvre ;– du type de finition désiré.

L’utilisation de teintes foncées est déconseilléedans tous les cas. En effet, elles augmentent lescontraintes d’origine thermique du fait d’une plusforte absorption du rayonnement solaire, et accen-tuent les problèmes d’aspect liés au nuançage ouaux efflorescences. L’application sur béton cellu-laire est prévue pour certains enduits, elle est alorsmentionnée dans l’Avis technique.

Application proprement dite

L’application est généralement effectuée en une oudeux passes, de préférence espacées de quelquesheures, suivant le type de finition désirée. Lorsquela seconde passe ne peut être effectuée dans les24 heures, il y a lieu, pour assurer son accrochage,de réhumidifier l’enduit de première passe. La pre-mière passe de l’enduit doit être serrée (dressageà la règle ou à la taloche) mais non lissée, et il fautrespecter l’épaisseur indiquée par le fabricant.

Chapitre • Les mortiers et les coulis1

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Page 21: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Mortiers isolants

Ces mortiers très légers, à base de polystyrèneexpansé ou de liège, ont une densité 2 à 4 fois plusfaible que les mortiers classiques, ce qui leur per-met d’assurer la fonction isolation thermique enplus des fonctions d’imperméabilisation et d’esthé-tique.

1.3.6 - Traitements de surface décoratifs

• Le mouchetis tyrolien : obtenu directement parprojection au balai ou à la « tyrolienne ».• Le gratté : l’enduit taloché est gratté à la lamedentelée, en cours de prise, dans les deux ou troisheures suivant l’application.• Le gratté-grésé : l’enduit gratté est grésé superfi-ciellement aux abrasifs ou raboté superficiellementau chemin de fer.• Le grésé : l’enduit taloché est grésé aux abrasifsou raboté au chemin de fer, en cours de durcisse-ment, 2 à 8 jours après l’application.• Le bouchardé : l’enduit est bouchardé 3 semainesaprès, à la boucharde à main ou pneumatique.• Le lavé : les grains sont dégagés par lavage à labrosse souple et au jet d’eau léger.

Le caractère décoratif de l’enduit est apporté nonseulement par la finition de surface, mais aussi parla teinte obtenue en jouant sur le choix des sables

et sur la coloration de la pâte de ciment par despigments minéraux. On peut obtenir des intensitésde coloration plus ou moins marquées selon ledosage et la nature du ciment utilisé. Pour les tein-tes claires, on aura souvent intérêt à utiliser desciments blancs ou des chaux.

1.3.7 - Adhérence de l’enduit :les défauts à éviter

La bonne adhérence d’un enduit sur son supportest fondamentale. Il est facile de la vérifier : unenduit décollé localement sonne « creux ». La non-adhérence entraîne la détérioration de l’enduit quise détachera par plaques. Les principaux défautsd’adhérence sont dus :– à un support trop lisse ;– à un béton brut de décoffrage, avec des traces

d’huile de démoulage ou de produits de cure ;– à un support sale avec des dépôts de matière

organique ou comportant des traces d’anciensenduits en plâtre ; ce support ne sera pas neutrepuisque le plâtre réagira ensuite sur le ciment dumortier pour donner des produits expansifs(sulfo-aluminate de chaux) ;

– à un support trop sec, qui n’a pas été suffisam-ment humidifié avant la projection de la premièrecouche d’accrochage (gobetis) ;

– au mortier mal composé, appliqué trop tardive-ment (parfois remouillé, rebattu et dont la priseest commencée) ;

– à un mortier ayant un retrait excessif (surdosageen liant).

Enfin, si certaines précautions ne sont pas prises,de l’eau pourra s’infiltrer entre le support et l’en-duit et provoquer son décollement en hiver lors dugel. C’est le cas d’une remontée d’eau du sol, oud’un enduit non protégé en partie haute. Ilconvient enfin d’éviter l’application d’enduits partemps froid. Sans précaution particulière, 5 °C estune limite en dessous de laquelle il ne faut pas des-cendre. Un enduit bien fait tient très longtemps. Saconfection demande du soin, une main-d’œuvrequalifiée, un matériel parfaitement adapté et desmortiers performants.

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Page 22: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

1.4.1 - Le rôle de la chape

Le rôle de la chape est d’assurer la mise à niveaude la dalle et la régularité de sa surface. Elle doitaussi présenter une résistance suffisante pour assu-rer la transmission des charges au support, résisteraux efforts d’usure et d’abrasion. Elle peut consti-tuer le support d’un revêtement de sol ou d’unrevêtement d’étanchéité. La chape peut enfin par-ticiper à l’isolation thermique et/ou acoustique deslocaux.

Lorsqu’elle n’est pas destinée à recevoir un revête-ment, on peut y incorporer des produits spéci-fiques, destinés à améliorer ses caractéristiquesmécaniques ou son esthétique.

L’exécution des chapes destinées aux bâtimentsd’usage courant tels que les logements, lesbureaux ou les bâtiments scolaires, fait l’objet dela norme NF P 14-201 (DTU 26.2) « Travaux debâtiment. Chapes et dalles à base de liants hydrau-liques » et la norme NF EN 13 813 qui définit lescaractéristiques des matériaux pour chapes.

Pour les bâtiments à caractère industriel, agricoleou sportif, les chapes peuvent faire l’objet de pres-criptions particulières.

1.4.2 - Les différents types de chapes

En fonction de leur conception et de leur moded’exécution, on distingue :– les chapes adhérentes, qui sont incorporées ou

rapportées ;– les chapes flottantes.

Les chapes adhérentes

Les chapes incorporées

Elles sont constituées par un mortier fin appliquéavant que le béton du support (dalle, massif) n’aitfait sa prise. La continuité entre le béton du supportet le mortier de la chape assure à l’ensemble unetrès bonne cohésion et des conditions de matura-tion favorables, le support étant encore humide.

Les chapes rapportées adhérentes

Il s’agit du cas le plus fréquent où le béton a déjàfait sa prise. Dans le cas de travaux neufs, la chapeest exécutée de préférence le plus tôt possible,après que le béton ait commencé son durcisse-ment. Pour les ouvrages anciens ou du fait descontraintes de chantier, ce choix n’est malheureu-sement pas toujours possible. Ce type de chape estexécuté chaque fois qu’une dalle béton doit rece-voir un revêtement de sol mince collé (moquette,plastique) ou être peinte.

Les chapes flottantes

Il s’agit d’ouvrages totalement désolidarisés, aussibien du support que des parois verticales, par l’in-terposition d’une couche de désolidarisation et/oud’une couche isolante résiliente. Le but de la cou-che de désolidarisation est la réduction de la trans-mission des déformations (par exemple lesvariations dimensionnelles d’une étanchéité parrapport à son support).

Chapitre • Les mortiers et les coulis1

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1.4 Les chapes

Principe de la constitution d’une chape flottante sur couche d’isolation.

Page 23: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

La couche isolante permet d’apporter une isolationthermique et/ou acoustique – règlementation RT2005. Cette solution est très efficace vis-à-vis de latransmission des bruits d’impact, ce qui conduit àla préconiser dans les pièces carrelées (salles d’eau,cuisines). L’amélioration de l’isolement aux bruitsd’impact obtenue à l’aide d’une chape flottantepeut être de l’ordre de 20 à 25 dB (A).

1.4.3 - La réalisation des chapes

Les chapes adhérentes

Les chapes incorporées

Le support béton étant encore frais, il ne nécessitepas de préparation particulière, si ce n’est de s’as-surer qu’il présente une surface rugueuse ; dans lecas contraire, il suffit d’un griffage pour obtenir cerésultat.

Le mortier utilisé pour réaliser la chape doit répon-dre aux spécifications de caractéristiques définiespar la norme NF EN 13813 et faire l’objet d’unmarquage CE obligatoire. Le mortier comporte unsable de granulométrie n’excédant pas 0/4 mm, etun dosage en ciment Portland de classe de résis-tance 32,5 au moins égal à celui du béton support,avec un minimum de 350 kg/m3 de mortier.

Ces chapes sont généralement réalisées en mortierde consistance ferme et ont une épaisseur moyennede 15 à 25 mm. On peut également utiliser un

matériau pour chape fabriqué industriellement ;dans ce cas, le producteur doit respecter les spéci-fications définies dans la norme NF EN 13813.

Les caractéristiques visées par la norme, en ce quiconcerne les produits à base de ciment, sont auminimum les résistances à la compression, à laflexion et à l’usure. D’autres caractéristiques, nonobligatoires, peuvent être indiquées par le produc-teur : dureté de surface, temps de prise, retrait,module d’élasticité…

Les résistances à la compression sont désignéespar un C suivi de la classe de résistance allant de 5 à 80 N/mm2. Pour la résistance, à la flexion, les classes vont de F1 à F50. Le marquage CE,attestant la conformité du produit à la norme NF EN 13813, reprend ces deux caractéristiquesdans sa désignation.

Exemple : EN 13813 CT - C 20 - F 4Pour un produit à base de ciment (CT) présentantsur le matériau durci une résistance à la compres-sion de 20 N/mm2 et une résistance à la flexion de4 N/mm2.

La mise en œuvre du mortier comporte un réglage,un talochage et éventuellement un lissage.

Les chapes rapportées adhérentes

Le béton ayant déjà fait sa prise, la préparation dusupport doit être dans ce cas très soignée, afin quela liaison avec la chape soit efficace. La surface dusupport doit être rendue rugueuse par des moyensmanuels ou mécaniques, puis soigneusement net-toyée, humidifiée et traitée avec des produits d’ac-crochage destinés à améliorer l’adhérence de la

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Application d’enduit autolissant.

Réalisation d’une couche isolante

en argile expansée pour la sous-

couche d’une chape flottante.

Page 24: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

chape. Ces produits d’accrochage sont des émul-sions à base d’acétates de polyvinyle, de résinesacryliques ou de styrènes. On applique en généralune première couche d’adhérence (« primaire »)directement sur le support, puis le mortier danslequel sont incorporés des produits d’accrochage.L’incorporation de ces produits et éventuellementd’adjuvants au mortier est indispensable pour desépaisseurs de chape inférieures à 3 cm; au-delà,c’est une précaution utile.

Le dosage en ciment des mortiers est au minimumde 350 kg/m3. De la même façon que pour les cha-pes incorporées, on peut utiliser des mortiersindustriels répondant aux exigences précédem-ment décrites, conformes à la norme NF EN13813.

Le mortier est étalé sur la surface, puis réglé, talo-ché et éventuellement lissé.

Les chapes flottantes

Ces chapes sont dites flottantes parce qu’elles sup-posent l’interposition, entre la dalle support et lachape proprement dite, d’une couche de désolida-risation (constituée d’un film polyéthylène, d’un litde sable ou d’un feutre bitumé), ou d’une sous-couche isolante (panneaux de fibres, plastiquealvéolaire, béton de granulats légers tels qu’argileexpansée, vermiculite ou liège), lorsque sontrecherchées des performances thermiques ouacoustiques. La mise en œuvre de la sous-coucheisolante fait l’objet de la norme NF P 61-203.

La chape est réalisée au mortier dosé au minimumà 350 kg/m3 de ciment de classe 32,5. Selon lacompressibilité de l’isolant, la chape a une épais-seur de 4 à 5 cm, et peut être armée ou non.L’armature utilisée est alors un treillis à petitesmailles de 50 x 50 mm (grillage) avec fils d’acier de1 à 1,5 mm de diamètre, placé à mi-épaisseur. Onpeut remplacer le treillis par des fibres polypropy-lène bénéficiant d’un Avis Technique.

Les enduits de lissage pour sols intérieurs (enduits autolissants)

La surface de la chape peut être finie grâce à l’ap-plication d’enduits de lissage, à base de liantshydrauliques, de charges minérales, de résines etd’adjuvants spécifiques ; ils ont pour caractéristiqued’être autolissants. Ces enduits très fluides s’appli-quent en épaisseur de 3 à 10 mm, et sont destinésà recevoir directement les revêtements de solshabituels : textiles, plastiques, céramiques.

Les enduits de lissage sont conditionnés par lefabricant, de façon à ne nécessiter que l’adjonctiond’eau de gâchage et éventuellement d’une résinefournie avec l’enduit.

Les finitions spéciales

Lorsqu’une résistance à l’usure est recherchée, onpeut incorporer à la surface de la chape des granu-lats durs (corindon, carborandum), ou des fibresd’acier, qui améliorent la résistance à l’abrasion etaux chocs.

Les joints de fractionnement

Lorsque le gros œuvre comporte des joints, lachape doit être fractionnée aux mêmes emplace-ments ; dans tous les cas les joints sont exécutéspour des surfaces de l’ordre de 25 m2. La distanceentre les joints est au maximum de 8 m cependant5 m sont préférables.

Les joints de fractionnement sont exécutés soit parsciage du mortier frais ou durci, soit par profilésdisposés avant mise en place du mortier.

La cure du mortier

La cure est l’opération destinée à éviter la dessic-cation du mortier par temps chaud ou sur deschantiers exposés à d’importants courants d’air.Elle peut être réalisée en protégeant la surface dumortier frais par des bâches (films plastiques) oudes sacs humides, par humidification ou par pulvé-risation d’un produit de cure.

Chapitre • Les mortiers et les coulis1

24

Page 25: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

1.4.4 - Les chapes pour solsindustriels

Les exigences d’un sol industriel peuvent être mul-tiples :– résistance mécanique aux chocs, aux poinçonne-

ments, à l’abrasion ;– résistance aux attaques chimiques : acides, sels

minéraux, corps gras, sucres ;– résistance à des températures élevées.Le sol lui-même doit être conçu pour résister à dif-férentes contraintes, mais la chape, qui est la partiela plus sollicitée, nécessite un traitement particulierpar rapport aux réalisations usuelles.

Les mortiers utilisés sont des mélanges prédoséscomprenant généralement un composant à basede ciment et de charges spéciales minérales oumétalliques et un composant qui est une résine. Lemélange se fait au moment de la mise en œuvre,et permet de réaliser un mortier de type autolissantappliqué en épaisseur appropriée.

L’incorporation au mortier ou le saupoudrage sur lemortier déjà mis en œuvre et encore frais, de gra-nulats très durs, minéraux type corindon ou parti-cules métalliques, permet d’obtenir des chapestrès résistantes.

Pour la réalisation des chapes industrielles, comptetenu de leur résistance à de nombreux agents chi-miques et de leur résistance mécanique aux jeunesâges, permettant une mise en service rapide, onemploie des ciments de classe de résistance élevéeainsi que le ciment prompt naturel et les alumina-tes de calcium.

La résistance d’aluminates de calcium, associé àdes granulats réfractaires, à des températuresdépassant 1000 °C, le fait également utiliser pourles sols soumis à des températures élevées –industries métallurgiques, verreries.

En milieu rural ou dans les industries agro-alimen-taires, la réalisation de chapes résistant aux agres-sions chimiques nécessite l’emploi de liantsadaptés : ciment prompt naturel, aluminates decalcium, CEM V, CEM III/C.

Ces différentes réalisations se faisant en épaisseurrelativement mince, nécessitent un traitement decure, de façon à assurer une maturation correcte dumortier sans risque de dessiccation.

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Une chape réalisée en mortier à base de ciment courantà caractéristiques complémentaires normalisées PM ES

retenu pour sa résistance aux acides dans une laiterie.

Page 26: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

1.5.1 - Les domaines d’emploi

L’évolution des techniques de construction, lepositionnement précis de pièces préfabriquées, lescellement d’éléments rapportés sur béton, entraî-nent une utilisation croissante de produits de scel-lement et de calage.

Parmi les multiples utilisations, on peut citer :– calage d’équipements industriels, machines lour-des à forts couples ou à fortes vibrations ;– scellement de poteaux, poutres, acrotères…;– scellement de portes, fenêtres et éléments de

second œuvre ;– scellement de mobilier urbain, d’éléments de

signalisation ;– travaux de scellement en milieu marin ;– assemblage d’éléments en béton ;– scellement de regards de visite sur routes à fort

trafic avec remise en circulation quasi-immédiate.

1.5.2 - Les exigences

Absence de retrait

La principale caractéristique de ces mortiers est deprésenter peu ou pas du tout de retrait, inaccepta-ble pour les travaux de scellement ou de calage.Pour parvenir à ce résultat, un bon mortier de scel-lement ou de calage doit être sans retrait ou « à

retrait compensé ». Un mortier classique peut eneffet prendre un retrait excessif et ne plus jouer sonrôle en se désolidarisant de l’entourage (décolle-ment, apparition de fissures).

Il convient donc de prendre les précautions habi-tuelles pour éviter le retrait du mortier au cours deson durcissement – c’est-à-dire ne pas exagérer lateneur en eau de gâchage et assurer la protectiondu mortier frais contre la dessiccation (absorptionpar le support ou évaporation).

Caractère expansif du mortier

Afin d’éviter les conséquences du retrait, les pro-duits spéciaux de scellement et de calage sontgénéralement réalisés à partir de matériaux expan-sifs : poudres métalliques (oxydes de fer, alumi-nium), oxydants (expansion après la prise due à larouille formée).

Une autre technique couramment utilisée consisteà provoquer une expansion cristalline par forma-tion de sulfo-aluminate de chaux (ettringite).L’expansion libre peut varier de 0,5 à 2 % envolume.

Résistance au jeune âge

Elle est indispensable pour répondre aux délaiscourts imposés par ce type de travaux. Elle estobtenue par une composition appropriée ; le liantest généralement un ciment de classe R (durcisse-ment rapide) ou un ciment spécial à durcissementrapide : ciment prompt ou ciment alumineux.

Chapitre • Les mortiers et les coulis1

26

1.5 Les scellements et les calages

Le retrait d’un mortier malétudié a pour conséquencela désolidarisationscellement/support.

L’expansion du mortier dansun scellement crée unphénomène d’autoblocage.

Page 27: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

La longueur utile L du trou estinversement proportionnelle àson diamètre.

Le diamètre du trou déterminela longueur utile L suivantlaquelle sont transmis lesefforts d’arrachement ausupport.

On se tiendra aussi près quepossible de cette limite : on n’ajamais intérêt à agrandir lediamètre d’un trou de scellement.En effet, la longueur utile L du support qui reprend les efforts d’arrachement transmis par le mortier de scellement, selon un angle de 45°, est inversement proportionnelle au diamètre du trou.

Le support devra comporter les armatures nécessaires à la reprise localedes efforts, et à leur transmission aux parties résistantes de la pièce.

Autres caractéristiques

– Une faible porosité assurant la protection despièces métalliques contre la corrosion ;

– une bonne fluidité pour les mortiers de calage quidoivent remplir des volumes à large section etfaible épaisseur.

1.5.3 - La composition

Qu’ils soient prédosés ou fabriqués sur chantier, lesmortiers de scellement font appel à des consti-tuants bien définis, qui doivent être d’une trèsbonne qualité :– ciments à forte résistance de classe 52,5 ou 42,5,

en général à durcissement rapide (classe R),ciment prompt, aluminates de calcium;

– sable très propre (roulé de préférence) d’un dia-mètre maximum de 2 ou 3 mm;

– expansifs ;– adjuvants divers (plastifiants, rétenteurs d’eau,

accélérateurs, résines) ; il existe des mortierscomportant des fibres d’acier (de préférenceinoxydables) ou de polypropylène.

Les dosages en liant sont généralement élevés(600 à 700 kg de ciment pour 1 m3 de sable). Ledosage en eau doit être ajusté selon la consistancerecherchée : E/C compris entre 0,40 et 0,50.

1.5.4 - Les scellements

Scellement de tiges

Le scellement de tiges ou de barres d’acier dans lebéton est un des cas les plus fréquents. La profon-deur et le diamètre du trou doivent tenir comptede la longueur du scellement et du diamètre de labarre, ainsi que de la granulométrie du mortier descellement.

D’une manière générale, on adoptera pour diamè-tre du trou celui de la barre (Ø) majoré de dix foisla dimension du plus gros grain du mortier (D) :

d = Ø + 10 D

À titre d’exemple, on peut fournir des valeurs d’ar-rachement mesurées avec des barres scellées dansdu béton avec un mortier à retrait compensé.

Scellement de regards

Dans la voirie, le scellement de regards, grilles,etc., est de pratique courante. Cette utilisationdemande, en plus des performances mécaniqueset de compensation du retrait nécessaires à toutscellement de qualité, une montée rapide desrésistances, afin de rétablir la circulation dans lesdélais les plus brefs.

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Valeurs d’arrachement mesurées avec des barres scelléesdans du béton avec un mortier à retrait compensé

Diamètre des tiges (en mm) 12 16 20 25

Longueur de scellement (en mm) 200 300 400 600

Effort d’arrachement (kgf)* 4500 9000 15000 28000

Page 28: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Assemblage d’éléments préfabriqués

Assembler de tels éléments c’est assurer entre euxune liaison. C’est une opération qui ressemble fortà un scellement : on cherche en effet un bon rem-plissage des volumes avec néanmoins un blocageefficace et une bonne adhérence. Les règles élé-mentaires décrites à propos des scellements s’ap-pliquent de la même manière. On utilise un mortierà consistance plastique.

1.5.5 - Le calage

Caler une pièce ou une machine, c’est faire en sortequ’elle repose, selon un positionnement précis, defaçon solide et fixe sur un support.

Une méthode consiste à utiliser des cales trèsdiverses (empilement de cales, cales usinées,coniques, cales à vérins, à vis de réglage…). Elleest longue, coûteuse, délicate (mise à niveau diffi-

cile). Les charges s’exercent sur des sections faiblesde mortier traditionnel.

La méthode utilisant des mortiers spéciaux permetun positionnement plus rapide et un réglage pluséconomique (vis de réglage et vérins récupéra-bles). Les charges sont réparties sur une large sec-tion de contacts par l’intermédiaire d’une épaisseurde mortier ou de coulis réduite. L’adhérence estexcellente grâce à la liaison intime avec la fonda-tion. Suivant les problèmes à résoudre, propres àchaque cas, et suivant la dimension des espaces àremplir, on utilise des coulis ou des mortiers plusou moins fluides, sans ressuage.

Le mortier de calage doit conserver sa fluidité pen-dant tout le temps de la mise en place (qui peutdépasser largement une heure dans le cas des trèsgrandes machines). Malgré cette fluidité, il doit

Chapitre • Les mortiers et les coulis1

28

Injection d’unmortier descellement.

Exemples de dispositifs destinés à améliorer le scellement d’une barre.

Calage réparti avec un matériau à base de liant hydraulique.

Page 29: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

rester homogène et sans retrait ultérieur qui auraitpour effet d’interrompre la liaison support-objet,d’entraîner une concentration des charges sur lescales mécaniques et une corrosion en sous-face.

Les applications sont nombreuses :– calages de plaques d’appui de toutes sortes, de

supports métalliques ;– calages de rails de ponts roulants ;– calages de socles de machines, tournantes ou

non, susceptibles de générer des vibrations (tur-bines, presses, machines-outils, laminoirs, alter-nateurs…) ;

– calages de haute précision ;– ainsi que des blocages plus ou moins importants,

et parfois des réparations, des reprises en sous-œuvre, des assemblages d’éléments (en génienucléaire), etc.

Les mortiers (ou coulis) de calage sont mis en placesoit par injection, soit par gravité.

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Un calage est presque toujours associé à des scellements.

Calage de machines.

Tiges scellées.

Page 30: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

1.6.1 - Quand répare-t-on?

Il arrive que, du fait de causes accidentelles, d’uneutilisation anormale, de défauts de mise en œuvre,des désordres apparaissent dans les ouvrages enbéton. Certains sont acceptables et ne nécessitentpas une intervention immédiate, d’autres peuventêtre préjudiciables à la durabilité de l’ouvrage etnécessitent des réparations.

Nous ne traitons pas ici des désordres mettant encause la stabilité de l’ouvrage, qui font l’objet detravaux de renforcement avec remplacement ouadjonction d’armatures.

Les réparations envisagées dans cette Fiche tech-nique concernent le reprofilage du béton au voisi-nage de sa surface pour reconstituer l’enrobagedes armatures, rétablir l’étanchéité ou remédier àdes défauts d’aspect, ainsi que le traitement desfissures stabilisées.

1.6.2 - Les causes des dégradations

Les dégradations du béton trouvent leur originedans des phénomènes usuels et bien connus, telsque la carbonatation ou les influences de la pluie,de la chaleur ou du gel. Elles peuvent être aussioccasionnées par des causes ponctuelles ou acci-dentelles, telles que les surcharges ou les incen-dies. Ces différentes causes peuvent être classéessuivant leur origine.

Phénomènes purement chimiques

La carbonatation du béton est due à l’action dugaz carbonique de l’air sur la chaux, produite parl’hydratation du ciment. La carbonatation, nongênante pour le béton lui-même, a pour effet dediminuer la basicité du milieu qui constitue la pro-tection de l’acier des armatures, assurée par unphénomène de passivation.

La disparition de cette passivation expose donc lesarmatures à la corrosion, qui va non seulementaffecter la capacité portante du béton armé, maisaussi faire éclater le béton du fait de l’expansion dela rouille. La carbonatation progresse lentement dela surface vers le cœur du béton, d’autant moinsvite que le béton est moins poreux et mieux doséen ciment (au minimum 350 kg/m3).

Les agressions d’origine chimique peuvent êtreprovoquées aussi par l’eau, qu’elle soit pure ou aucontraire chargée en sels plus ou moins actifs (chlo-rures, sulfures, sulfates).

Chapitre • Les mortiers et les coulis1

30

1.6 Les mortiers et coulis de réparation

Réparation par projection : le mortier adhère fortement.

Page 31: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

L’eau de pluie, l’eau de mer et plus généralementles eaux chargées en sels, l’eau de la nappe phréa-tique, les eaux de lavage constituent autant de casd’espèces, dont l’action peut se traduire par un les-sivage du béton qui dissout la chaux et augmentesa porosité, ou par des réactions conduisant à laproduction de sels expansifs à l’origine de fissuresou d’éclatement du béton.

Phénomènes physiques

Il peut s’agir des actions mécaniques telles quechocs, vibrations, abrasion, ou des actions liées auxvariations de température : dilatation due à la cha-leur, effets du gel, chocs thermiques.

Phénomènes physico-chimiques

Ils sont inhérents au béton lui-même, comme ceuxliés aux phénomènes complexes du retrait, ou aux réactions se développant à l’interface desconstituants. Ils peuvent être provoqués par desagressions extérieures ; l’action des sels de déver-glaçage en est l’exemple le plus significatif.

1.6.3 - La reconstitution du béton de surface

Les domaines d’application

Il s’agit de reconstituer le béton dégradé, pour dessurfaces localisées, sur une épaisseur allant dequelques millimètres à 4-5 cm maximum. C’est lecas courant des ragréages de parement, des répa-rations d’épaufrures ou de reconstitutions du bétond’enrobage d’armatures ou d’appuis de balcons.

Le but de ces réparations est aussi bien esthétiqueque technique. Elles permettent de redonner àl’ouvrage la protection requise et, en béton armé,de préserver les armatures.

Les mortiers utilisés

Fabriqués sur chantier, prêts à l’emploi ou prédo-sés, les mortiers doivent satisfaire des exigencesdiverses, qui varient en fonction de la nature de la

réparation et des conditions d’application ou d’en-vironnement : température, délais, accessibilité. Ilssont soit à base de liants hydrauliques, soit à basede liants de synthèse. Ils doivent dans tous les casprésenter des caractéristiques compatibles aveccelles du support, notamment du point de vue desa déformabilité, de sa dilatation et, bien entendu,chimiquement. Ces conditions sont remplies avecles mortiers à base de liants hydrauliques. Ils doi-vent également permettre d’assurer une bonneadhérence au support et apporter par leur faibleporosité une protection efficace aux armatures.

Les mortiers à base de liants hydrauliques

Les liants utilisés dépendent des caractéristiquesattendues du mortier. Le dosage est au minimumde 450 kg de ciment par m3 de mélange. Pouraméliorer les caractéristiques d’adhérence, derésistance mécanique ou de rhéologie, on utilisesouvent des adjuvants, des résines à base de styrè-nes, d’esters de polyvinyles ou d’époxydes, ainsique des fibres de verre, de polypropylène ou d’a-cier. Le sable utilisé pour ces mortiers est un sablefin de granulométrie voisine de 0/3 mm.

Mortiers à base de liants de synthèse

Ce sont des mortiers qui contiennent environ 50 %de granulats (sables et fillers) et 10 % de résineépoxyde, polyuréthane ou polyester. Des charges,des adjuvants ou des fibres peuvent entrer dansleur composition. Ces mortiers sont de préférenceprédosés et réservés à des réparations de faiblesdimensions.

L’exécution des réparations

Préparation des supports

C’est une phase capitale qui conditionne la qualitéde la réparation. Le béton est débarrassé des par-ties non adhérentes ou dégradées par piquage,brossage et dépoussiérage. Les armatures appa-rentes sont dégagées par enlèvement du bétonnon adhérent, puis éventuellement décapées parsablage ou grenaillage.

Lorsque l’épaisseur du béton d’enrobage est faibleou en atmosphère agressive, on procède à un trai-tement de passivation des aciers avec des maté-riaux tels que les oxydes de zinc ou lesépoxydes-zinc.

31

Page 32: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

La procédure sera la suivante :– dégager complètement les armatures corrodées

à traiter jusqu’aux aciers sains ;– éliminer les parties corrodées sur toute la surface

de l’armature par brossage métallique, repi-quage, sablage ou grenaillage ;

– éliminer toutes poussières résiduelles soit à sec,par brossage, soit par lavage à l’eau en fonctiondes produits de réparation utilisables sur supportsec ou humide ;

– en fonction du diamètre résiduel de l’acier cor-rodé, prévoir ou non son remplacement ;

– enduire la surface de l’acier d’un produit de pro-tection anti-corrosion (passivant acier) compati-ble avec le produit de réparation ;

– reconstituer l’enrobage des armatures avec unproduit de réparation certifié ou spécifique selonla nature du béton, sa localisation, son traitement ;

– après réparation, l’ensemble de la surface pourraêtre traité à l’aide d’un inhibiteur de corrosion quiva renforcer la protection des armatures paraction chimique (inhibiteur de type monofluoro-phosphate ou amino-alcool). Dans le cas présentcette phase est indispensable compte tenu dufaible enrobage des armatures.

Mise en œuvre du mortier

Après mouillage de la surface ou application d’unecouche d’accrochage, le mortier est mis en œuvre,soit manuellement avec ou sans coffrage selon lesdimensions de la réparation et la thixotropie dumortier, soit par projection.

L’avantage de la projection, surtout par voie sèche(eau introduite au niveau de la lance de projection),est lié à la vitesse à laquelle le matériau est projetésur le support (jusqu’à 100 m/s).

Dans ce cas, le mortier a une forte adhérence ausupport, une faible porosité, des caractéristiquesmécaniques élevées. Lorsqu’une forte imperméa-bilisation est recherchée, une couche de protectioncomplémentaire est généralement appliquée sur lemortier de réparation. Les matériaux utilisés pourcette protection sont en général à base de liantshydrauliques et de résines.

1.6.4 - Le traitement des fissures

Les domaines d’application

La fissuration du béton, conséquence de phéno-mènes physico-chimiques ou mécaniques variés,ne présente pas toujours un caractère justifiant saréparation, en particulier lorsqu’il s’agit de fines fis-sures de l’ordre du 1/10 mm qui n’affectent pas sapérennité. En revanche, à partir de 2 à 3 dixièmesde millimètre, on peut être conduit à envisager untraitement par injection, qui fait appel à des maté-riaux différents selon l’ouverture de la fissure etson degré de stabilisation.

Chapitre • Les mortiers et les coulis1

32

Une réparation nécessite différentes opérations : la passivationdes armatures, la mise en place d’un mortier.

Page 33: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Nature des produits de traitement selon le typede fissures à traiter

Les recommandations élaborées par le STRRES(Syndicat national des entrepreneurs spécialistesen travaux de réparation et de renforcement destructures) font la distinction suivante entre les fis-sures :– supérieures à 10 mm;– comprises entre 1 et 10 mm;– comprises entre 0,5 et 3 mm;– inférieures à 0,5 mm.

Matériaux utilisés pour le traitement des fissures

Le tableau ci-contre, tiré notamment des recom-mandations du STRRES*, résume la nature des pro-duits de traitement selon le type de fissures àtraiter.

Mise en œuvre des mortiers et coulis

Le matériel utilisé pour injecter les résines (potsd’injection, pompes et injecteurs) n’est pas déve-loppé ici. Avant application du mortier ou du cou-lis, le support doit être soigneusement préparé parbrossage, décapage des lèvres des fissures les pluslarges et dépoussiérage. Si nécessaire, les fissuressont nettoyées à l’air comprimé ou sous jet d’eau.

L’injection du produit de réparation est faite, selonles cas, par gravité ou à l’aide d’injecteurs disposéstous les 30 à 40 cm le long de la fissure, alimentéspar une pompe travaillant à une pression compriseentre 0 et 3 MPa.

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Ouverture Type de mélange

Nature physiquedes fissures et chimique

Mortier : (sable + ciment Consistance fluide

Supérieure + adjuvants éventuels)proche de celle

à 10 mm Conditionnement possible d’un coulis

en mélange prêt à l’emploi

Coulis de ciment purSuspension de ciment

dans l’eau

Coulis de ciment Suspension de ciment+ bentonite et de bentonite dans l’eau

Coulis de ciment Suspension de cimentà retrait compensé avec entraîneur d’air

Suspension styrèneComprise Coulis de ciment de ciment butadiène

entre + résines thermostatiques et émulsion ester1 mm de… polyvinyle

et 10 mm Coulis spéciaux Suspension de ciment etavec minéralisateur de minéralisateur dans l’eau

Hydrocarbone Suspensionavec ou sans ciment ou émulsion

Résine époxyde chargéePolymère thermodurcissable :résine + durcisseur + charge

Polyuréthane gonflant Polymère thermodurcissable :Acrylique résine + durcisseur

ÉpoxydesPolymère thermodurcissable :

résine + durcisseur

Polyuréthanes élastiquesPolymère thermodurcissable :

Comprise résine + durcisseur

entre Polymère thermodurcissable :0,5 mm Acryliques solution aqueuse. Résine +et 3 mm durcisseur + accélérateur

Coulis de cimentSuspension de ciment

avec minéralisateuret de minéralisateur (silicate)

dans l’eau

ÉpoxydesPolymère thermodurcissable :

résine + durcisseur

Polymère thermodurcissable :Acryliques solution aqueuse. Résine +

Inférieure durcisseur + accélérateur0,5 mm Minéralisateur pur Solution aqueuse (silicate)

Polyester Polymère thermodurcissable :Aminoplaste solution à deux ou troisPhénoplaste composants

* Syndicat d’entrepreneurs spécialisés dans les travaux de réparation : STRRES, 3, rue de Berri, 75008 Paris.

Nota1. Il faut remarquer que ces traitementss’appliquent essentiellement à des fissures« passives » (fissures stabilisées).2. Les mortiers préconisés pour les fissuressupérieures à 10 mm sont dosés à aumoins 400 kg de ciment/m3 et font fré-quemment appel à des adjuvants : plasti-fiants ou hydrofuges.

Page 34: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

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Chapitre2 Les bétons courants

2.1 Le béton : connaissance du matériau

2.2 Domaines d’emploi et fonctions du béton

2.3 Formulation des bétons courants

2.4 Le béton prêt à l’emploi – BPE

2.5 Les bétons : fabrication et transport

2.6 Mise en œuvre du béton sur chantier

2.7 Le bétonnage par temps chaud ou par temps froid

2.8 Les coffrages de chantier

2.9 La vibration du béton sur chantier

Page 35: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

2.1.1 - Historique

L’ingénieur Bélidor, auteur de L’architecture hydrau-lique (1737) étudia la composition du béton etintroduisit le mot béton dans son sens actuel.

L’invention du ciment par Louis Vicat en 1817,celle du ciment Portland par Aspdin en 1824 etl’installation des premiers fours par Pavin deLafarge au Teil en 1830 préparent l’avènement dubéton. Les premières cimenteries se développenten France entre 1850 et 1860, dans le Boulonnaisavec la Société des Ciments Français.

C’est en fait le mariage ciment-métal, appelé cimentarmé, puis béton armé, qui va donner au béton son plein essor. Le premier exemple est la barquede Lambot (1848), le plus significatif, l’immeubleHennebique à Paris (1898).

Au xxe siècle, le béton se développera considéra-blement et, parallèlement, l’évolution de ses tech-niques : usage croissant des adjuvants, béton prêtà l’emploi, matériel de mise en œuvre, mise aupoint du béton précontraint par Freyssinet. Plusrécemment, les progrès réalisés dans les bétons dehautes performances lui donnent ses lettres denoblesse dans le bâtiment, avec une réalisationcomme l’Arche de la Défense, ou en génie civil :pont de l’Île de Ré, pont sur l’Élorn, pont deNormandie, Viaduc de Millau.

2.1.2 - Le béton, pour quoi faire?

Performances et souplesse d’emploi permettent aubéton d’être présent dans tous les domaines dubâtiment et du génie civil.

Chapitre • Les bétons courants2

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2.1 Le béton: connaissance du matériau

65 ans séparent le nouveau pont sur l’Élorn du pont Albert Louppe conçu et réalisé par Freyssinet en 1928.

Page 36: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Le béton fait partie de notre cadre de vie. Il amérité sa place par ses caractéristiques de résis-tance, ses propriétés en matière thermique, sarésistance au feu, son isolation phonique, sa dura-bilité, ainsi que par la diversité qu’il permet dansles formes, les teintes et les textures. Le béton a saplace dans les bâtiments d’habitation (logements,écoles, hôpitaux, etc.) aussi bien que dans lesconstructions liées à l’activité professionnelle (usi-nes, ateliers, commerces, bureaux) ou dans desréalisations diverses (socio-culturelles, sportives oude loisir, etc.).

Le béton structure et participe de manière visi-ble à l’architecture. Le béton n’est plus une « pierreartificielle », mais un matériau adapté aux formesélancées, propres aux ouvrages d’art, au mêmetitre qu’aux exigences des réalisations actuellesdes architectes.

Le béton permet de franchir. Grâce à la pré-contrainte, le béton a pu améliorer ses performan-ces et rend possible les très longues portées. Lesdernières évolutions techniques concernent la pré-contrainte extérieure et l’allégement des âmes destabliers, en particulier par l’utilisation de structurestreillis.

Le béton est dans les routes. Supprimant prati-quement toutes les servitudes inhérentes à l’entre-tien, le béton routier s’est fait sa place dans tous lestypes de voiries, de l’autoroute au chemin devignoble, en passant par les pistes cyclables. Dansles villes, les dalles et les pavés en béton apportentleur esthétique particulière, en harmonie avec lemobilier urbain.

37

Page 37: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

2.1.3 - Quels bétons?

Le béton varie en fonction de la nature des granu-lats, des adjuvants, des colorants, des traitementsde surface, et peut ainsi s’adapter aux exigencesde chaque réalisation, par ses performances et parson aspect.• Les bétons courants sont les plus utilisés, aussibien dans le bâtiment qu’en travaux publics. Ilsprésentent une masse volumique de 2500 kg/m3

environ. Ils peuvent être armés ou non, et lors-qu’ils sont très sollicités en flexion, précontraints.• Les bétons lourds, dont les masses volumiquespeuvent atteindre 6000 kg/m3 servent, entre aut-res, pour la protection contre les rayons radioactifs.• Les bétons de granulats légers, dont la résistancepeut, néanmoins, être élevée, sont employés dansle bâtiment.• Les bétons cellulaires peuvent répondre aux pro-blèmes d’isolation dans le bâtiment.• Les bétons fibrés, plus récents, correspondent àdes usages très variés : dallages, éléments décora-tifs, mobilier urbain.• Les BHP, les BAP, les BFUP (voir G11, chapitre 3les nouvelles performances des bétons).

2.1.4 - Qu’est-ce que le béton?

Le béton est un mélange de plusieurs composants :ciment, eau, granulats et, le plus souvent, adju-vants qui constituent un ensemble homogène. Lescomposants sont très différents : leurs masses volu-miques vont, dans les bétons courants, de 1 (eau)à 3 (ciment) t/m3 ; les dimensions de leurs grainss’échelonnent de 0,5 µm (grains les plus fins duciment) à 25 mm (gravillons).

Dans les bétons où une très grande compacité est recherchée (tels que les Bétons à Hautes Per-formances, par exemple), la dimension des élé-ments les plus fins peut descendre en dessous de0,1 µm (fillers, fumée de silice). De même les gra-nulats très légers ont des masses volumiques infé-rieures à 100 kg/m3.

La pâte (ciment + eau), élément actif du bétonenrobe les granulats. L’objectif est de remplir lesvides existants entre les grains. La pâte joue à l’étatfrais le rôle de lubrifiant et de colle à l’état durci.

La confection d’un béton approprié à sa destinationconsiste, à partir d’études graphiques ou expéri-mentales, à déterminer et à optimiser la composi-tion granulaire et le dosage des divers constituants.

Le ciment

Le choix du type de ciment et son dosage dépen-dent à la fois des performances recherchées (résis-tance mécanique, résistance aux agents agressifs) etde la nature des autres composants. Sans détaillerles critères de choix du ciment (voir Fiches tech-niques, tome 1) on peut rappeler quelques règles.• Pour un béton courant, on utilise des ciments detype CEM I, CEM II, CEM III, CEM III/C, ou CEM V,alors que le ciment à maçonner et la chaux hydrau-lique sont réservés à la préparation de mortierspour maçonneries.• Pour les bétons armés, la classe de résistance 32,5est au minimum retenue.•Pour des travaux en ambiance agressive, on utilisedes ciments pour travaux à la mer PM, norme NF P 15-317, ou des ciments pour travaux en eauxà haute teneur en sulfates ES, norme NF P 15-319.• Le ciment prompt naturel et le ciment d’alumina-tes de calcium fondu sont utilisés pour leur durcis-sement rapide (réparations, scellements), mais aussipour leur résistance aux ambiances agressives.• La classe R est utilisée chaque fois que l’on cher-che des résistances élevées au jeune âge : préfabri-cation avec cycle de démoulage court, bétonnagepar temps froid.• Les ciments blancs se prêtent bien à la réalisationde bétons architectoniques. Ils peuvent être égale-ment teintés à l’aide de pigments minéraux.

Chapitre • Les bétons courants2

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Ordre de grandeur des proportions des constituants d’un béton courant

Constituants Eau Air Ciment Granulats

Volume (en %) 14-22 1-6 7-14 60-78

Poids (en %) 5-9 9-18 65-85

Page 38: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Dosage en ciment : les critères

Le dosage en ciment dépend de plusieurs critèrestels que le type de béton, la destination de l’ou-vrage, la résistance requise, les actions environne-mentales auxquelles le béton est soumis. Le dosagen’est pas déterminé par un calcul théorique absolu,mais il résulte de l’application de règles dont lapertinence a pu être appréciée à l’usage et vérifiéeexpérimentalement. La norme NF EN 206-1 fournitles dosages minimaux à respecter selon les classesd’exposition des bétons, en fonction des actionsenvironnementales (humidité, milieu marin, agres-sions chimiques, cycles gel-dégel).

Dosage en ciment et résistances mécaniques

Le dosage en ciment a une influence directe sur lesrésistances mécaniques du béton. Toutes autresconditions égales par ailleurs, on peut dire quedans une certaine plage (300 à 400 kg/m3 debéton) la résistance est sensiblement proportion-nelle au dosage en ciment.

L’eau

Nécessaire à l’hydratation du ciment, elle faciliteaussi la mise en œuvre du béton (effet lubrifiant)dans la mesure où on n’abuse pas de cetteinfluence par un excès d’eau qui diminue les résis-tances et la durabilité du béton. L’eau doit êtrepropre et ne pas contenir d’impuretés nuisibles(matières organiques, alcalis). L’eau potableconvient toujours. Le gâchage à l’eau de mer est àéviter, surtout pour le béton armé. La quantitéd’eau varie avec un très grand nombre de facteurs(dosage en ciment, granulats, consistance recher-chée du béton frais) ; elle est en général compriseentre 140 et 200 l/m3. Il convient de tenir comptede l’eau apportée par les granulats. Il est souventutile de contrôler la plasticité à l’aide d’essais sim-ples connus.Le rapport E/C est un critère important des étudesde béton ; c’est un paramètre essentiel de l’ouvra-bilité du béton et de ses performances : résistancemécanique à la compression, durabilité.

Les granulats

On peut distinguer les granulats naturels (roulés ouconcassés) et artificiels (voir le chapitre 2 du tome 1).La gamme des granulats s’est considérablement

étendue ; à côté des granulats courants, des granu-lats spéciaux sont apparus pour des usages spéci-fiques :– durs pour des bétons soumis à une forte usure :

sols industriels, routes à grande circulation ;– légers pour isolation thermique et allégement

des structures ;– réfractaires, à faible coefficient de dilatation ther-

mique ;– de couleur pour les bétons apparents.

Les granulats doivent être des matériaux de qualitéet satisfaire notamment deux exigences :– la propreté, particulièrement importante pour les

sables ; la teneur en fines argileuses est stricte-ment limitée ;

– la granulométrie, propriété géométrique essen-tielle d’un granulat, dont le bon choix est déter-minant dans la formulation d’un béton compact.

Les granulats utilisés pour réaliser un béton doiventpermettre d’une part de remplir correctement eten totalité le moule ou le coffrage et, d’autre part,d’assurer un enrobage correct des armatures.

Au voisinage des parois, il est nécessaire de limiterla taille maximale des grains.

39

Fuseaux granulométriques

Page 39: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Les adjuvants (norme NF EN 934-2)

Les adjuvants sont de plus en plus utilisés. Ils amé-liorent les propriétés des bétons – et des mortiers– auxquels ils sont ajoutés (chapitre 2.2, tome 1).Par exemple, l’emploi des plastifiants-réducteursd’eau et des superplastifiants facilite la mise enplace du béton dans les pièces minces fortementarmées, ainsi que la réalisation des Bétons à HautesPerformances. Les accélérateurs de prise facilitentle bétonnage par temps froid, tandis que les retar-dateurs de prise sont utiles pour le bétonnage partemps chaud.

2.1.5 - Propriétés des bétons

Le béton est un matériau facile à mouler quellesque soient les formes de l’ouvrage, à l’épreuve dutemps, économique, résistant au feu et nécessitantpeu d’entretien. Matériau composite, mis en œuvrede multiples manières, il répond à un grand nom-bre de spécifications : résistance mécanique,notamment à la compression, isolation thermiqueet phonique, étanchéité, aspect, durabilité, sécuritéincendie.

Pour utiliser au mieux le béton, il faut bien connaî-tre ses propriétés : d’une part à l’état frais, alorsqu’il est plastique et qu’on peut le travailler ; d’au-tre part, à l’état durci, alors que sa forme ne peutplus être modifiée mais que ses caractéristiquescontinuent à évoluer durant de nombreux mois,voire des années.

Le béton frais

La propriété essentielle du béton frais est sonouvrabilité, qui le rend apte à remplir n’importequel volume, à condition que sa composition aitété étudiée en conséquence et que les moyens demise en œuvre soient appropriés. L’ouvrabilitécaractérise l’aptitude d’un béton à remplir les cof-frages et à enrober convenablement les armatures.

De nombreux facteurs influent sur l’ouvrabilité :type et dosage en ciment, forme des granulats,granulométrie, emploi d’adjuvants et, bienentendu, dosage en eau. Il ne faut cependant pasconsidérer que le dosage en eau peut être aug-menté au-delà d’une certaine valeur dans le seulbut d’améliorer l’ouvrabilité. Un excès d’eau se traduit, entre autres inconvénients, par un phéno-mène de « ressuage », qui est la création à la sur-face d’une pièce en béton, d’un film d’eau,générateur de fissures après évaporation. Les aut-res conséquences d’une trop forte teneur en eausont :– la diminution de la compacité et, corrélative-

ment, des résistances ;– une porosité accrue ;– un risque de ségrégation des constituants du béton;– un retrait augmenté ;– un état de surface défectueux se traduisant

notamment par du bullage.La teneur en eau doit être strictement limitée auminimum compatible avec les exigences d’ouvra-bilité et d’hydratation du ciment.

La grandeur qui caractérise l’ouvrabilité est la consis-tance ; sa mesure peut être effectuée facilement surchantier avec la méthode du cône d’Abrams ou« slump test », qui est un essai d’affaissement d’unvolume de béton de forme tronconique.

Chapitre • Les bétons courants2

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Page 40: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

La norme NF EN 206-1 définit cinq classes deconsistance.

Le béton durci

La porosité

Une caractéristique essentielle du béton durci estsa porosité – rapport du volume des vides auvolume total. Les études de Féret (début duxxe siècle) avaient déjà établi le lien entre la poro-sité du béton et sa résistance. L’importance decette caractéristique sur la résistance du béton auxagents agressifs, sur la carbonatation et sur la tenueau gel a été démontrée depuis. C’est donc un fac-teur déterminant de la durabilité du béton.

La recherche d’une porosité minimale doit néces-sairement passer par :– l’augmentation de la compacité du béton fraisgrâce à une bonne composition du béton et à desmoyens de mise en œuvre adaptés ; les compaci-tés réellement atteintes sur chantier ne dépassentguère 0,850 : dans 1 m3 de béton très bien préparéet vibré par des moyens puissants, il existe encore

150 litres d’air ou d’eau, constitués notamment pardes canaux extrêmement fins, répartis dans la pâtede ciment durcie (capillaires) ;– l’augmentation du dosage en ciment et le choixde son type ont une influence favorable sur ladiminution de la porosité ; les hydrates formés parl’hydratation du ciment ont un rôle essentiel decolmatage des capillaires.

On améliore la compacité du béton en jouant sur lagranulométrie des granulats dans la fraction deséléments fins, et sur la réduction d’eau.

La faible porosité d’un béton présente de nomb-reux avantages déterminants pour sa durabilité.• Un béton en contact avec un milieu agressif (eaupure, eaux séléniteuses, eau contenant des acidesorganiques) subira une attaque beaucoup pluslente si les capillaires du béton sont moins nomb-reux et plus fins.• Dans le cas du béton armé, une faible porosité estindispensable, pour protéger les armatures contreles risques de corrosion.

L’acier est en effet protégé contre son oxydationtant qu’il est dans un milieu de pH basique ; or,l’hydratation du ciment produit suffisamment dechaux pour créer ce milieu basique. En revanche, sicette chaux est mise en contact avec le gaz carbo-nique de l’air, elle se carbonate pour former du car-bonate de calcium CaCO3 de pH acide. La diffusionde l’air dans les capillaires du béton sera d’autantplus lente que le béton présente une faible porositéretardant ainsi sa carbonatation et la protection desarmatures contre la corrosion.

41

Classement des bétons selon la valeur d’affaissement au cône d’Abrams – norme NF EN 206-1

Classe Consistance du bétonAffaissement (en mm)

au cône d’Abrams

S1 Ferme 10 - 40

S2 Plastique 50 - 90

S3 Très plastique 100 - 150

S4 Fluide 160 - 210

S5 Très fluide ≥ 220

Page 41: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Les résistances mécaniques

Une bonne résistance à la compression est la per-formance bien souvent recherchée pour le bétondurci. Cette résistance est généralement caractéri-sée par la valeur mesurée à vingt-huit jours. On apu voir précédemment que la résistance dépendd’un certain nombre de paramètres, en particulierle type et le dosage du ciment, la porosité dubéton et le facteur E/C, rapport du dosage en eauau dosage en ciment.

Parmi les formules qui permettent de prévoir lesrésistances, celle de Féret est la plus connue.

R = k( ) 2

R = résistance du bétonk = coefficient dépendant de la classe de ciment,

du type de granulats et du mode de mise enœuvre

C = dosage en cimentE = dosage en eauV = volume d’air subsistantCette formule montre l’intérêt que présente ladiminution de la quantité d’eau de gâchage et del’air, ce qui réduit la porosité et par conséquentaugmente la résistance.

Les résistances mécaniques du béton sont contrô-lées par des essais destructifs ou non destructifs.

CC + E + V

• Lors des essais destructifs, la résistance à la com-pression peut être mesurée en laboratoire sur deséprouvettes généralement cylindriques ; la pluscourante en France est l’éprouvette de diamètre16 cm, hauteur 32 cm; confectionnées avec lebéton destiné à l’ouvrage à contrôler.

• Les essais non destructifs peuvent utiliser le sclé-romètre, appareil basé sur le rebondissementd’une bille d’acier sur la surface à tester, ou desinstruments de mesure de la vitesse du son au tra-vers du béton (4000 m/s pour un béton courant).

Chapitre • Les bétons courants2

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Page 42: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Variations volumiques

Au cours de son évolution, le béton est l’objet demodifications physico-chimiques qui entraînentdes variations dimensionnelles.

Le retrait hydraulique avant prise et en cours de prise

Il est dû à un départ rapide d’une partie de l’eau degâchage, soit par évaporation (rapport élevé sur-face/volume des pièces, en atmosphère sèche, partemps chaud ou vent violent), soit par absorption(coffrage, granulats poreux). Une surface de bétonfrais peut évaporer plus d’un litre d’eau par m2 etpar heure. Ce retrait sera limité par une bonnecompacité du béton ou par un traitement de cure(film freinant l’évaporation).

Le retrait hydraulique à long terme

Il est dû à un départ lent de l’eau en atmosphèresèche. Il varie suivant les ciments (nature, finesse)et il est proportionnel au dosage en volume absolude la pâte pure.

Le retrait thermique

Il est dû à des baisses rapides de température pro-venant :– soit du ciment lui-même lors de son hydratationaux premiers âges, qui provoque une élévation detempérature, suivie de son refroidissement ;– soit des variations climatiques du milieu.

Ces deux causes additionnent parfois leurs effets.Les effets de la première peuvent être réduits enutilisant des ciments à faible chaleur d’hydratation.L’ordre de grandeur du retrait total est de 200 à300 µm/m pour un béton usuel.

Les déformations sous charge instantanée

Comme tous les autres matériaux, le béton a uncomportement élastique linéaire pour des chargesmodérées de courte durée, c’est-à-dire que sesdéformations sont proportionnelles aux chargesappliquées.

Le module d’élasticité instantané Ei au jour j d’unbéton courant est lié à sa résistance en compres-sion au même âge par une relation empirique telleque :

Ei = 11000 3VRcj (en MPa)(règles BAEL 91).Rcj = résistance à la compression au jour J (en MPa).

Ei est le plus souvent compris entre 30000 et35000 MPa.

Déformations sous charge de longue durée: le fluage

Au-delà d’une certaine charge (approximative-ment la moitié de la résistance ultime à la com-pression), le béton se comporte comme un corpsplastique. Après suppression de la charge, il sub-siste une déformation résiduelle permanente, c’estce qu’on appelle le phénomène du fluage.

On admet que cette déformation due au fluage,qui se poursuit durant de nombreux mois (voireannées), est de l’ordre de trois fois la déformationinstantanée.

(1)

43

Diagramme de fluage.

∆ lI

RE

=

Page 43: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

2.2.1 - Les possibilités du béton

Le béton, qu’il soit armé, précontraint ou non, estprésent partout où l’on construit, et il doit cetteprésence à ses nombreuses qualités.

La durabilité : le béton résiste très longtemps auxsollicitations physico-chimiques liées aux condi-tions d’emploi, aussi bien qu’à l’environnement.On peut, en fait, assigner aux ouvrages en béton ladurabilité choisie en fonction de critères technico-économiques retenus.

Ses caractéristiques lui permettent de répondre auxmultiples exigences imposées aux ouvrages : sécu-rité, stabilité statique et dynamique, tenue au feu,

inertie thermique, acoustique et bien entenduesthétique. À toutes ces exigences, le béton peutapporter une réponse en jouant sur sa compositionet la conception des éléments.

Le béton est un matériau qui sait adapter ses per-formances selon son utilisation : on pourra déve-lopper des hautes résistances mécaniques, ouchercher des gains de poids ou des solutions pluséconomiques. Le béton peut tantôt satisfaire lesplus grandes exigences esthétiques ou tenir un rôlemoins apparent, apportant son concours indispen-sable dans les structures.

Le béton est aussi moulable et donc capable d’é-pouser toutes les formes, des plus massives auxplus délicates.

Chapitre • Les bétons courants2

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2.2 Domaines d’emploi et fonctions du béton

Page 44: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

2.2.2 - Les domaines d’emploi du béton

Le bâtiment

Le béton tient une place essentielle dans l’urba-nisme moderne. Cela semble normal lorsqu’onconsidère sa participation dans la construction delogements : pour les murs, 80 % des techniques enindividuel, plus de 90 % en collectif pour les struc-tures ; pour les planchers le béton est pratiquementle matériau idéal.

Le béton s’est également largement imposé dansles autres secteurs de la construction : bureaux,hôpitaux, locaux scolaires, ainsi que dans lesgrands édifices publics et les bâtiments industriels.

Les travaux publics

Les pontsLes progrès techniques, et en particulier l’évolutiondes caractéristiques du béton, permettent de réali-ser des portées atteignant plusieurs centaines demètres.

Les tunnelsPour les grands tunnels, dont les exemples se mul-tiplient dans le monde, le béton est soit coulé enplace, soit utilisé dans des voussoirs préfabriqués.Ceux-ci sont posés à l’avancement de la machine àforer – le tunnelier.

Les barragesLes grands barrages sont le plus souvent en bétonpermettant des implantations dans les sites les plusdifficiles.

Les routesLa chaussée béton prend une part de plus en plusimportante dans les grandes voiries routières etautoroutières, grâce au développement de tech-niques modernes : béton armé continu, dalleépaisse, traitement de surface. Les voiries à faibletrafic et aménagements urbains montrent un regaind’intérêt pour les solutions béton, qui leur assurentdurabilité et faible coût d’entretien.

Autres ouvragesIl faut également citer les ouvrages hors du com-mun : structures offshore ou centrales nucléaires,dont les exigences requièrent des bétons aux carac-téristiques mécaniques et à la durabilité élevées.

45

Page 45: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

2.2.3 - Le béton et ses fonctionsdans le bâtiment

Dans un bâtiment, diverses fonctions sont assuréespar le gros œuvre ; on peut les classer en quatrefonctions essentielles :– fonction structure ;– fonction plancher ;– fonction enveloppe ;– fonction couverture.Le béton apporte dans ces quatre fonctions uneréponse très largement positive à la satisfactiondes exigences qu’est en droit d’avoir l’utilisateur.

La fonction structure

La structure, que l’architecte Claude Parent définitcomme « l’organisation de la matière destinée àrecevoir et à transmettre les efforts », est particu-lièrement bien assumée par le béton, armé ou pré-contraint. Outre sa résistance mécanique, sasouplesse d’utilisation autorise la continuité de laforme favorisant la transmission des efforts dans lesdifférents éléments : poteaux, poutres, voiles por-

teurs, planchers. D’autres exigences indispensablespour cette fonction sont également satisfaites,notamment la durabilité et la tenue au feu, maisaussi l’aspect qui fournit à l’architecte une grandeliberté d’expression.

La fonction plancher

Le béton est le matériau quasi exclusif des plan-chers des constructions modernes en immeublescollectifs comme individuels. Outre ses qualitésmécaniques ou de sécurité en cas d’incendie, ilapporte par sa masse l’isolation acoustiqueindispensable entre logements ou bureaux, ainsiqu’un confort dû à son inertie thermique, aussi bienl’hiver que l’été.Les systèmes de planchers peuvent se ramener àquatre familles :– les planchers coulés en place (dalles pleines) ;– le système poutrelles armées ou précontraintes

plus entrevous (hourdis) ;– les prédalles complétées par du béton coulé en

œuvre ;– les dalles finies, alvéolées le plus souvent, de

véritables composants qu’il suffit d’assembler surle chantier.

Chapitre • Les bétons courants2

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Page 46: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

La fonction enveloppe

Cette fonction est remplie par les murs extérieursde la construction qui doivent apporter tenue méca-nique, étanchéité, isolation thermique et phonique,protection contre l’incendie, et bien entenduaspect esthétique.

Le béton apporte une réponse à cette fonction sousdes formes multiples :– béton banché coulé en place ;– panneaux préfabriqués à isolation intégrée ou

rapportée ;– éléments maçonnés constitués par des blocs aux

caractéristiques variées (blocs creux ou pleins,blocs à bancher, blocs isolants, blocs de parement);c’est la formule traditionnelle de la constructionindividuelle ou du petit collectif.

Les possibilités de finition et de coloration dubéton offrent au concepteur un large éventail deparements en béton apparent.

La fonction couverture

Elle peut être assurée dans les immeubles collectifspar une dalle béton sur laquelle est rapportée l’é-tanchéité et éventuellement un dallage lorsque ladalle doit être circulable ou utilisée en terrasseaccessible. Les tuiles en béton teinté dans la massesont de plus en plus employées. Elles apportentleurs caractéristiques de durabilité, mais aussi leursaspects variés, permettant de les intégrer aux sitesles plus exigeants.

2.2.4 - Des bétons adaptés aux besoins

Les progrès accomplis depuis quelques décenniespermettent une très bonne adaptation du bétonaux diverses exigences des utilisateurs :– les ciments offrent une gamme étendue de carac-

téristiques: résistance, cinétique de prise;– les adjuvants permettent d’améliorer la mise en

place du béton, sa compacité ou son durcisse-ment ;

– les granulats permettent par leur variété demoduler les propriétés du béton : aspect, poids,dureté de surface, teinte et texture.

Tous les ouvrages réalisés aujourd’hui en béton,armé ou non, bénéficient de bétons formulés pourrépondre aux contraintes du chantier, et mis enœuvre grâce à des techniques en évolution cons-tante : vibration, traitements thermiques, traite-ments de surface. Parmi la diversité de l’offre desbétons utilisés, on peut citer…

Les bétons apparents

Les propriétés architecturales du béton permettentde jouer sur les trois facteurs de l’apparence :– la teinte est apportée par le choix des compo-

sants (ciments, sables, gravillons et éventuelle-ment pigments) ;

– l’aspect résulte de la variété des matériaux et deleur traitement, qui donnent à la surface du bétonune texture plus ou moins lisse, des reliefs quifont jouer la lumière ;

– la forme a pu se développer dans toute sa variétégrâce à la plasticité du béton et à l’emploi de cof-frages ou de matrices qui permettent de moulerle béton au gré de l’imagination du concepteur.

Les bétons légers

L’intérêt des bétons légers réside dans le gainimportant qu’on peut réaliser sur le poids propre del’ouvrage. Les bétons légers présentent des massesvolumiques qui vont de 800 à 2000 kg/m3, contre2000 à 2600 kg/m3 pour un béton classique. Cettequalité est également recherchée dans les bétons

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Page 47: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

isolants thermiques, la conductivité variant dans lemême sens que la densité. Les bétons légers sontobtenus en jouant sur la composition (bétonscaverneux) ou sur l’emploi de matériaux allégés(type argile expansée, polystyrène expansé, liège).On peut également créer des vides par une réac-tion provoquant un dégagement gazeux ; c’est lecas du béton cellulaire.

Les bétons lourds

À l’inverse, l’emploi de granulats très denses (bary-tine, magnétite) permet la réalisation de bétons demasse volumique dépassant 3000 kg/m3. Cesbétons sont utilisés dans la protection contre lesradiations ou pour réaliser des culées, des contre-poids, etc.

Les Bétons Hautes Performances (BHP)

Ces nouveaux bétons atteignent des résistances deplus de 100 MPa, grâce à l’emploi de ultra-fines(essentiellement fumées de silice) et de superplas-tifiants. Leur très forte compacité leur confère unetrès grande durabilité qui, jointe aux résistancesélevées, les privilégie pour les ouvrages très solli-cités – à court et à long terme – ou en ambianceagressive.

Les bétons fibrés

Les diverses fibres, dont les caractéristiques sontdéveloppées au chapitre 3 sont utilisées dans desdomaines variés : pièces minces architectoniques,éléments décoratifs, dallages industriels, bardages,tuyaux et bétons projetés.

Les bétons fibrés à ultra hautes performances (BFUP)

Les bétons fibrés à ultra hautes performances,outre leur durabilité absolue, se distinguent parleur extrême résistance à la compression et leurductilité. Leurs caractéristiques et leurs performan-ces sont détaillées au chapitre 3.

Les bétons autoplaçants (BAP)

Les BAP se caractérisent par leur hyperfluidité quipermet une mise en place sans recours à la vibra-tion. Ils ont des compositions granulométriquesfortement chargées en éléments fins. Des adju-vants de type superplastifiants ou plastifiantsréducteur d’eau sont utilisés systématiquement.

2.2.5 - Les deux filières de laréalisation d’un ouvrage en béton

Un ouvrage en béton est soit coulé en place sur lechantier, soit réalisé à partir d’éléments préfabri-qués en usine.

Le béton coulé en place

Cette solution, la plus développée (plus de 70 %du béton consommé), a bénéficié ces dernièresannées d’améliorations des techniques d’élabora-tion du béton (béton prêt à l’emploi) et de sa miseen œuvre sur chantier : béton pompé, coffragesplus performants, plus sûrs et mieux adaptés auxbesoins – banches, tables, coffrages tunnels, coffra-ges glissants. La qualité du béton s’en trouve amé-liorée, ainsi que sa finition.

Le bétonnage sur chantier est prépondérant :– pour les ouvrages de volume important, impos-

sibles à réaliser par d’autres moyens : fondations,poutres de forte section, massifs ;

– pour les ouvrages courants dont la réalisation surchantier est d’un moindre coût (murs banchés,dalles pleines, poteaux) ou d’ouvrages compor-tant peu d’éléments répétitifs ;

– pour les liaisons et la solidarisation en bétons deproduits préfabriqués.

Chapitre • Les bétons courants2

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Page 48: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Le béton préfabriqué

Cette industrie relativement récente a vu son déve-loppement se préciser au cours des vingt dernièresannées au travers d’une spécificité axée sur deuxdomaines :– des composants standardisés ne nécessitant pas

de moyens de manutention trop lourds : blocs,poutrelles, tuiles, pavés, tuyaux, éléments devoiries ;

– des éléments en béton apparent dont la finitionet la qualité exigées par le maître d’œuvre nesont que très difficilement réalisables sur chantier.

Cette spécialisation, allant dans le sens de la qua-lité, a permis à ces produits d’être plus compétitifsdans un marché concurrentiel.

2.2.6 - Le béton et la qualité

Le matériau béton, par les contrôles de qualitéeffectués à tous les stades de son élaboration, estun atout important.

La qualité des constituants

Les ciments font l’objet de normes (pour les pluscourants, norme NF EN 197-1) et bénéficient de lamarque de qualité CE + NF. Les granulats et lesadjuvants font également l’objet de normes dedéfinitions et de spécifications (chapitres 2.1 et 2.2tome 1).

La qualité du béton ou des élémentspréfabriqués

Le BPE et les usines produisant des éléments pré-fabriqués soit font l’objet d’une certification de lacentrale ou de l’usine, soit produisent des maté-riaux eux-mêmes assujettis à des marques de qua-lité. Les contrôles effectués et leur suivi par unorganisme certificateur sont autant de garantiespour l’utilisateur.

Le plan qualité sur le chantier

Les entreprises mettent en place sur les chantiers,des plans qualité qui impliquent l’emploi de maté-riaux conformes aux normes et leur mise en œuvreconformément aux textes officiels.

49

Page 49: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

2.3.1 - Objet

Le béton est un mélange dont la composition a uneprofonde influence sur ses caractéristiques ; mais siles caractéristiques attendues sont la plupart dutemps bien définies, la mise au point d’un bétonapproprié peut s’avérer plus délicate. Les paramè-tres sont en effet nombreux :– les données du projet : caractéristiques méca-

niques, dimensions de l’ouvrage, ferraillage…– les données du chantier : matériel de mise en

œuvre, conditions climatiques…– les données liées aux propriétés du béton :

maniabilité, compacité, durabilité, aspect…

On mesure donc l’importance de l’étude de la for-mulation du béton, d’autant plus nécessaire queles caractéristiques requises sont élevées.

2.3.2 - Rappel des caractéristiquesrecherchées pour un béton

Les caractéristiques détaillées dans le chapitre 2.1peuvent être rappelées.

À l’état frais

La maniabilité, propriété du béton caractérisée pardes mesures de consistance, est indispensablepour permettre la mise en œuvre du béton dansles moules ou les coffrages, dont les formes sontparfois complexes.

Dans le béton armé, elle doit permettre d’assurerla compacité du béton dans l’ouvrage, et le bonenrobage des armatures. Il ne faut pas perdre devue que la maniabilité doit être adaptée aux

moyens de mise en œuvre sur chantier : un bétonde consistance très ferme nécessite des moyens devibration appropriés.

Pour le béton durci

• La porosité (pourcentage de vides rapporté auvolume total) conditionne les caractéristiques méca-niques et la durabilité du béton.• La résistance mécanique est un critère souventdéterminant, surtout la résistance à la compression.• La durabilité est liée à la résistance aux agressionsphysico-chimiques du milieu environnant (milieuhumide, milieu marin, effet du gel, pollutionatmosphérique, etc.) et aux sollicitations méca-niques de l’ouvrage.

2.3.3 - Comment déterminer la composition du béton?

L’obtention des caractéristiques requises pour lebéton passe impérativement par l’adoption et l’op-timisation de sa formulation aux exigences appro-priées à l’ouvrage et à son environnement. C’est la

Chapitre • Les bétons courants2

50

2.3 Formulation des bétons courants

Page 50: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

raison pour laquelle la démarche retenue comportele plus souvent deux phases.

• Approche d’une composition, soit de façon gra-phique à partir de méthodes telles que celle deFaury ou de Dreux, soit de façon expérimentale(par exemple à partir de la méthode LCPC de Baronet Lesage). Il faut préciser que ces différentesméthodes sont basées sur la recherche d’une com-pacité maximale conformément aux théories deCaquot sur la composition granulaire des mélan-ges, que les connaissances actuelles sur le bétonont confirmées pour l’essentiel.

• La deuxième phase consiste à ajuster expérimen-talement cette formulation en fonction des résul-tats obtenus par des essais effectués en laboratoire(essais d’étude) ou dans les conditions du chantier(épreuves de convenance).

2.3.4 - L’approche de la formulation

Dosage en ciment

Pour bien comprendre le caractère primordial dudosage en ciment, il faut rappeler que celui-ci rem-plit deux fonctions essentielles dans le béton.

La fonction de liant

Elle est déterminante dans la résistance du béton,qui dépend de la nature du ciment, de sa proprerésistance et de l’évolution de son durcissement.

La fonction filler

Le ciment complète la courbe granulométrique dubéton dans les éléments fins. Il faut noter que ledéveloppement dans le temps des hydrates duciment colmate progressivement les capillaires,contribue à diminuer la porosité d’ensemble dubéton et améliore notablement sa durabilité.

Les abaques de G. Dreux, exposées au paragraphesuivant, reposent sur cette approche qui privilégiela « fonction liant », donc la résistance. Dans cettedémarche, le ratio C/E (dosage en ciment surdosage en eau) est calculé à partir de la formule :

Rb 28 = G Rc (C/E – 0,5)expression simplifiée inspirée de la formule de Féret.Rb 28 = résistance à la compression du béton

à 28 jours.Rc = résistance réelle du ciment.G = coefficient compris entre 0,35 et 0,65.

Il faut cependant rappeler que la « fonction filler »conduit à un dosage en ciment supérieur auxvaleurs habituellement fixées par les cahiers descharges ou les documents normatifs. La norme NF EN 206-1 fixe des dosages minimaux en ciment C liés aux classes d’exposition du béton (G10 tome 1).

Par exemple, pour un béton armé courant de résis-tance caractéristique 25 à 30 MPa, en classe d’ex-position au gel XF, le dosage minimal en cimentvarie, selon que le gel est susceptible d’être modéréou plus sévère (classe XF1 ou XF2).

Dosage en eau

Le dosage en eau est un facteur très important dela composition du béton. On pressent bien l’in-fluence qu’il a sur la porosité du béton par les videscréés, lorsque l’eau s’élimine pour différentes rai-sons (évaporation, combinaison chimique, absorp-tion par les granulats).

Par exemple, avec un E/C, couramment utilisé, de0,55, on estime que la moitié de l’eau de gâchagesert à l’hydratation du ciment, l’autre moitié estune eau de mouillage interstitielle qui contribue àla plasticité du béton requise pour sa mise enœuvre. Ce schéma est modifié par l’emploi crois-sant d’adjuvants contribuant à améliorer la plasti-cité sans nécessiter une présence d’eau en excès,nuisible aux caractéristiques finales du béton durci.

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Toutes ces raisons soulignent l’importance de l’op-timisation du dosage en eau, qu’on a tendance àapprocher, par exemple en le déduisant de l’ex-pression C/E précédemment adoptée et en l’affi-nant grâce à des essais pratiqués dans lesconditions du chantier, qui ont le mérite d’intégrerdes paramètres difficiles à quantifier.

Choix des granulats

Une fois déterminée la dimension maximale desgranulats compatible avec les exigences géomé-triques précédemment déterminées de l’ouvrage(espacement des armatures entre lesquelles doitpouvoir passer le béton, épaisseur d’enrobage,forme de la pièce à mouler), on doit résoudre lesdeux problèmes suivants.

Choix des classes granulaires

La plupart du temps, la composition d’un bétonprésente une courbe granulaire discontinue obte-nue à partir de deux classes granulaires : un sablede type 0/4 et un gravillon 5,6/12,5 ; 5,6/16 ou5,6/20, par exemple. On peut également utiliserdeux classes de gravillons dans des compositionsplus élaborées, lorsqu’on cherche à se rapprocherd’une granulométrie continue. Pour répondre à desperformances particulières, il existe des bétonsspéciaux qui font appel à davantage de classes.

Choix des granulats

Deux facteurs ont longtemps été considéréscomme ayant une influence sur les propriétés dubéton :– la proportion relative gravillons/sable traduite

par le facteur G/S que les études récentes ont faitapparaître comme moins importante qu’on ne lepensait auparavant, dans la mesure où ce facteurreste inférieur à 2 ;

– la granulométrie du sable caractérisée, par exem-ple, par son module de finesse (chapitre 2.1,tome 1). Le module de finesse d’un sable pourbéton est généralement compris entre 2,2 et 2,8.

Choix et dosage des adjuvants

Selon la propriété recherchée pour le béton, onaura recours à l’adjuvant approprié : accélérateurde prise, plastifiant, entraîneur d’air… (chapitre2.2, tome 1). Compte tenu de la diversité des pro-duits disponibles, on se conformera aux prescrip-tions du fabricant pour leur emploi et leur dosage,et on vérifiera leur compatibilité avec le ciment.

2.3.5 - Une méthode pratique de composition : les abaques de G. Dreux

Les abaques de G. Dreux, présentés dans l’ouvragede l’auteur : Nouveau guide du Béton, permettentune approche à la fois pédagogique et pratiqued’une composition de béton répondant à desobjectifs déterminés, moyennant quelques hypo-thèses facilitant la démarche. Il est bien évidentqu’une fois déterminée cette composition, elledevra, ainsi qu’il a été souligné, être soumise àl’expérimentation afin d’affiner les dosages indi-qués.

Les données retenues

En général, les données suivantes sont détermi-nées par le cahier des charges du projet, les condi-tions du chantier ou la disponibilité des matériaux.

La résistance à la compression du béton

Le domaine d’application des abaques est celui desbétons courants présentant une résistance à 28jours, comprise entre 15 MPa et 40 MPa.

La maniabilité du béton

En fonction des caractéristiques de l’ouvrage et desmoyens du chantier, on fixe pour le béton unemaniabilité caractérisée par sa consistance etmesurée par l’essai au cône d’Abrams.

Chapitre • Les bétons courants2

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Granulats choisis

Pour l’établissement des abaques, trois classes gra-nulaires ont été retenues :– un sable 0/4 ;– deux gravillons 5,6/12,5 et 5,6/20.Le ciment choisi est de classe 32,5 selon les hypo-thèses de la théorie de G. Dreux.

Considérations pratiques sur les abaques

Compte tenu des conditions de chantier les pluscourantes, certaines hypothèses pratiques ont étéretenues. Les quantités de granulats sont expri-mées en volume, ce qui est suffisant pour la plu-part des bétons courants.

Pour tenir compte de l’apport d’eau dû au degréd’humidité des granulats, les abaques introduisentun correctif défini dans le tableau ci-dessous.

Ces indications ne restent qu’approximatives, etseule une mesure d’affaissement au cône est sus-ceptible de préciser le dosage en eau à adopter.

Les abaques donnent une indication sur la réduc-tion d’eau procurée par l’emploi d’un adjuvant detype plastifiant réducteur d’eau, mais il est évidentque la valeur réelle de réduction d’eau sera à déter-miner selon l’adjuvant utilisé et son dosage.

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Classe de consistance des bétons – norme NF EN 206-1

Consistance des bétonsAffaissement (en mm)

au cône d’Abrams

S1 10 - 40

S2 50 - 90

S3 100 - 150

S4 160 - 210

S5 ≥ 220

Degrés d’humidité des granulats

Sec Humide Mouillé Trempé

AspectMat Brillant Très humide L’eau ruisselle sur les

Un peu poussiéreux Légère adhérence sur la main Dépôt d’eau sur la main granulats qui sont saturés

% d’eauSables 0 à 3 % 4 à 7 % 8 à 11 % 12 à 15 %

Gravillons 1 % 3 % 5 % 6 %

Éprouvettes après essai de rupture en compression.

Page 53: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

UTILISATION DES ABAQUES DE DREUX

Chapitre • Les bétons courants2

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CAS D’UN BÉTON FIN = 12,5 mm.Abaque n° 1.On désire :1. un béton très plastique (affaissement 10 cm)2. une résistance moyenne : 20 MPa (environ)3. ciment (classe 32,5) ............... 300 kg/m2

4. sable 0/4 mm à l’état sec ........ 625 litres

5. gravillons 5,6/12,5 mm ......... 705 litres6. dosage en eau – point E7. on suppose que les granulats sont « mouillés »8. la lecture sur la grille donne 80 litres d’eau environ à ajouter.

CHOIX DE L'ABAQUE APPROPRIÉ

Caractéristiques à atteindre pour le béton

Données résultant de mesures

Informations fournies par les abaques

Dosage en ciment

Dosage en sable

Dosage en gravillons

Dosage en eau totale

Eau à introduire au malaxage

Résistance à la compression

Consistance du béton

Degré d'humidité des granulats

Dosage en adjuvant

GRANULOMÉTRIES ADOPTÉES POUR LES GRANULATS

Page 54: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

2.3.6 - Exemples pratiques de composition

Les exemples suivants résultent de l’applicationdes abaques de Dreux, pour des bétons de chan-tier armés ou non destinés à divers ouvrages cou-rants sans exigences particulières. La plage derésistances en compression à 28 jours va de 15 à40 MPa.

La consistance recherchée a été prise dans tous lescas de type plastique (affaissement au cône 7 cm).Les granulats sont considérés comme secs ou trèsfaiblement humides. Le ciment est de classe 32,5. Ilfaut remarquer que, du fait des hypothèses retenues

pour l’établissement des abaques, le dosage eneau (pour un abaque donné) est seulement dépen-dant de la plasticité. Cette approche, qui risqued’être insuffisante dans bien des cas, nécessitera leplus souvent une confirmation par des essais dontl’importance a déjà été soulignée.

Il faut enfin noter que la plage de résistances cou-verte par les abaques n’excède pas 30 à 45 MPa,domaine des bétons les plus courants. L’extrapola-tion au-delà de ces limites conduit notamment àdes dosages en ciment qui semblent peu confor-mes à la pratique.

Les valeurs de dosages de ciment obtenues à par-tir des abaques doivent être comparées aux dosa-ges minima spécifiés par la norme NF EN 206-1.

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Page 57: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

2.4.1 - L’origine et le développementdu BPE

L’appellation « Béton Prêt à l’Emploi » (BPE) estréservée au béton préparé en usine dans des instal-lations fixes (centrales) et transporté jusqu’au lieud’utilisation dans des camions malaxeurs (bétonni-ères portées), ou dans des camions bennes pourcertains bétons fermes.

Les premières centrales de BPE sont apparues audébut du siècle aux États-Unis et en Allemagne,seulement en 1933 en France. Il fallut en fait atten-dre 1963 pour assister au début de l’essor du BPEen France (24 centrales), plus de dix ans aprèsl’Allemagne et l’Angleterre dont l’expérience a étélargement mise à profit.

Le tableau suivant montre le fort développementde cette industrie entre 1965 et 1975 avec unepart croissante du pourcentage de cimentconsommé en France : 34,5 millions de m3 de

béton en 2002, utilisant 47 % du ciment. On estcependant encore loin des taux de pénétrationobservés aux USA, au Japon et au Canada, quidépassent 60 %.

Le nombre d’entreprises de BPE est passé de 18 en1963 à près de 600 aujourd’hui. Aujourd’hui, le BPEoffre 1700 centrales réparties sur tout le territoire,permettant de disposer presque toujours d’unecentrale dans un rayon maximum de moins d’uneheure de route de tout chantier en France.

2.4.2 - Les avantages du BPE

Parmi les avantages apportés par la fabrication dubéton en centrale BPE il faut souligner…

Les avantages techniques

En fonction des exigences du chantier, le BPE peutmettre au point et livrer les bétons les mieux adap-tés, dont les caractéristiques font l’objet d’un suivigrâce à des contrôles de laboratoire, qui permet-tent de s’assurer également de la conformité desconstituants.

L’automatisation très poussée des centrales et laprécision des dosages contribuent à la régularité età la qualité des produits livrés. Les centrales dispo-sent d’une large gamme de produits : bétons auto-plaçants, bétons légers, bétons colorés, etc.

Les avantages sociaux

Le BPE évite les manutentions pénibles nécessairesau chargement des bétonnières de chantier.

Chapitre • Les bétons courants2

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2.4 Le béton prêt à l’emploi – BPE

Évolution de l’industrie du BPE de 1963 à 2002

AnnéeProduction % de ciment

en millions de m3 consommé par le BPE

1963 0,6 2,8

1965 2,3 5,0

1970 14,0 15,2

1974 25,9 25,9

1980 25,9 25,9

1984 21,0 27,0

1988 30,6 36,0

1992 30,5 39,7

2000 34,5 47,0

2002 34,5 47,0

2003 34,8 47,0

2004 37,6 49,0

2005 39,7 51,0

Page 58: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Les avantages économiques

Le BPE évite le gaspillage et l’immobilisation destocks sur le chantier, réduisant les investissementsen matériel et en hommes. Par la ponctualité deslivraisons et grâce aux délais courts, la productivitédes chantiers se trouve améliorée.

La simplification de l’organisation du chantier

Les manutentions de constituants sont supprimées ;les variations de cadences de bétonnage sont mieuxabsorbées grâce à la souplesse des livraisons du béton.L’emprise des chantiers sur la voirie est réduite.

Les services

La livraison est faite par camions adaptés, pourdes quantités correspondant strictement auxbesoins. Des pompes ou des camions équipés detapis permettent de faciliter la mise en place du béton.

2.4.3 - Une fabrication industrielle

La production industrielle du BPE est un facteur dequalité des produits ; à tous les stades de la fabri-

cation, les équipements sont conçus pour assurerune production automatisée, fiable et rigoureuse.

La réception et le stockage

Une centrale utilise généralement deux ou trois typesde ciments stockés dans des silos de grande capa-cité. Les granulats (sables et gravillons) sont stockéspar catégorie pour éviter tout mélange. Les adju-vants sont stockés en cuves pour un dosage précis.

Le dosage

C’est un poste clé, conçu pour une fabrication auto-matique à partir de compositions programmées dubéton. Le dosage pondéral des granulats et du cimentatteint une précision de l’ordre de 2 à 3 %. Aprèsdétermination de la teneur en eau des granulats etdes matières en suspension dans le cas d’utilisationd’eau de recyclage grâce à des sondes électro-niques, le dosage de l’eau d’appoint est effectuéde manière également pondérale.

Le malaxage

Le malaxage des constituants dans des malaxeursà poste fixe est une garantie de régularité desbétons. Les malaxeurs sont généralement à axevertical, ce qui assure un brassage efficace desconstituants ; la gâchée est déversée directementdans les camions de livraison.

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Le poste de commande

Les centrales sont commandées depuis un postequi est le cerveau de la fabrication, de façon :– soit automatique (cas le plus général aujourd’-hui) : l’opérateur sélectionne la composition pro-grammée dans la mémoire de l’ordinateur et inscritle volume à fabriquer ; les dosages et le malaxagese font alors automatiquement ;– soit semi-automatique : le dosage des consti-tuants est affiché par l’opérateur ; le cycle de fabri-cation se déroule alors automatiquement.

Le laboratoire et les contrôles

Le laboratoireLe laboratoire permet d’effectuer les essais sur lesmatières premières et sur les bétons à l’état frais oudurci. C’est la garantie du suivi des fabricationspour l’utilisateur ; les résultats des contrôles usuelspeuvent être fournis aux clients. En outre, descontrôles supplémentaires, ou des essais pour uneétude préalable de béton, peuvent être effectués àla demande.

La marque NFEn France, la certification NF-Béton prêt à l’emploide conformité aux normes, est matérialisée par lamarque NF délivrée par Afnor Certification ; cettemarque apporte la garantie :– que le producteur met en place un système d’as-

surance qualité et vérifie par des essais sur lesconstituants et sur les bétons le respect descaractéristiques normalisées ;

– que le système d’assurance qualité du produc-teur ainsi que son autocontrôle sont vérifiés.

La profession du béton prêt à l’emploi a résolu-ment choisi de s’inscrire dans une logique de cer-tification. Ainsi, en 2006, plus de 1050 centralesBPE sont elles certifiées NF.

Le BPE et le développement durable

Moins étendues que les cimenteries, les centralesde Béton Prêt à l’Emploi n’en sont pas moins sou-mises aux mêmes contraintes. Ces installations sontde plus en plus souvent installées dans des hangarsafin de limiter les nuisances sonores pour le voisi-nage et améliorer l’insertion dans le paysage,objectif qui motive parfois la plantation d’arbres.

Sur le plan de la maîtrise des rejets, les centrales debéton BPE s’inscrivent pleinement dans une logique« zéro déchet ». Les excédents de béton frais sontrécupérés pour en extraire les granulats qui, aprèslavage, pourront resservir ultérieurement, de mêmeque les eaux chargées en laitance, recueillies etréinjectées dans le circuit de fabrication commeapport de fines.

Sur le plan énergétique, l’atout du béton est sonmode de fabrication à froid, par simple mélangedes constituants de base. Cela se traduit par uneconsommation électrique limitée et l’absence d’é-missions directes de gaz à effet de serre ou de toutautre composé portant potentiellement atteinte àla santé et à l’environnement.

Ce tableau serait incomplet si l’on omettait de sou-ligner l’excellente couverture du territoire françaispar les centrales BPE. Grâce à la densité de cemaillage, l’impact du transport est limité. Leciment est acheminé en priorité par voie fluvialeou ferroviaire, et le béton prêt à l’emploi estdisponible en tout point à moins d’une heure deroute. Cette présence au plus près des besoins se

Chapitre • Les bétons courants2

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Page 60: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

double d’un recours privilégié à une main d’œuvrelocale et constitue l’une des composantes de lacontribution sociale de l’industrie du béton.

Pour quantifier ces éléments, le SNBPE a décidé demener une étude afin de renseigner une Fiche deDéclaration environnementale et sanitaire (FDES)du béton au format fourni par l’AIMCC selon lanorme française NF P 01-010. Ce travail se base sur des données environnementales quantifiéesconcernant le produit étudié, depuis l’extractiondes matières premières jusqu’à l’élimination duproduit, ainsi que sur les données sanitaires four-nies par le SNBPE. L’unité fonctionnelle considéréepour l’étude, en partant d’un BPS XF1 C25/30CEMII, est d’assurer la fonction de mur porteur(structure et clos) pour un bâtiment de type R+4ou plus sur 1 m2 de paroi,d’épaisseur 15 cm, pen-dant une annuité, tout enassurant une isolationacoustique (49 dB addi-tive à celle d’un doublage)et une isolation thermique(Résistance thermique de0,1 W/°C additive à celled’un doublage). Le pro-duit est mis en œuvreselon les règles de l’art.

2.4.4 - L’offre BPE

Désignation des bétons :Il existe trois types de produits dans la norme NFEN 206-1 :– les Bétons à Propriétés Spécifiées – BPS ;– les Bétons à Composition Prescrite – BCP ;– les Bétons à Composition Prescrite dans une

Norme – BCPN.

Les constituants des bétons doivent être confor-mes aux normes qui les concernent ; le ciment doitêtre certifié CE + NF.

Les BPS

Il s’agit de béton pour lequel les propriétés requi-ses et les caractéristiques supplémentaires sontspécifiées au producteur qui est responsable de

fournir un béton satisfaisant à ces exigences. Lesspécifications de base sont les suivantes.

• La conformité à la norme NF EN 206-1

• La classe d’expositionLa prise en compte des actions dues à l’environne-ment de l’ouvrage est un critère majeur qui donnelieu à la définition de classes d’exposition du bétondétaillées dans le tableau de la page 62.

• La classe de résistance à la compression (détaildes classes dans le tome 1, chapitre 3.2.8). Letableau NA.F.1 fournit la classe de résistance mini-male devant être spécifiée en fonction de la classed’exposition. Le prescripteur reste libre de spéci-fier une classe de résistance plus élevée en fonctiondes caractéristiques et des contraintes de l’ouvrage.

• La classe de consistance.

• La classe de chlorure spécifiant la teneur maximaleen ions chlore rapportée à la masse de ciment.

• La dimension maximale des granulats.

Le client peut également, après accord avec le four-nisseur, spécifier des caractères complémentairestels que la nature et la provenance des constituants,ou toute spécification relative aux propriétés à l’é-tat frais (pompabilité, etc.).

Les BPS sont les bétons traditionnellement fabri-qués et commercialisés par les centrales de BPE.

La désignation du béton comporte successivementle type de béton (BPS), la référence à la normeNF EN 206-1 et les valeurs prescrites pour les cinqcritères énoncés ci-dessus.

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Classes de consistance du béton selon la mesure la plus usuelle d’affaissement au cône d’Abrams

Classe S1 S2 S3 S4 S5

Affaissement(en mm)

10 à 40 50 à 90 100 à 150 160 à 210 ≥ 220

Exemple de BPS:

NF EN 206-1 – XC1 – C25/30 – S3 – Cl 0,40 – 22,4

Corrosion induite par la seulecarbonatation en ambiance sèche

Résistances caractéristiques minimalesfcR à 28 jours sur cylindre et sur cube

Consistanceaffaissement aucône d’Abrams :100 à 150 mm

Dimensiondes granulats

< 22,4 mm

Teneur maximale en ionschlorure : < à 0,40 %

Page 61: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Les BCP

Il s’agit de béton pour lequel la composition et lesconstituants à utiliser sont spécifiés au producteurpar le prescripteur. Le prescripteur a la responsabi-lité de s’assurer que les prescriptions sont confor-mes aux exigences de la norme NF EN 206-1 etque la composition prescrite est capable d’attein-dre les performances attendues pour le béton. Leproducteur est responsable de fournir un bétonrespectant cette composition prescrite. Les contrô-les sur les performances atteintes ne sont pas de la

responsabilité du producteur (ils incombent auprescripteur ou à l’utilisateur).

Les BCP dans une normeCe type de béton est réservé à certains ouvragessimples de bâtiment, ce sont généralement lesbétons fabriqués à la bétonnière sur le chantier. EnFrance, la norme NF P 18-201 (DTU 21) définit desbétons à composition prescrite destinés à desouvrages simples (catégorie A du DTU 21 : R+2comportant au plus un seul niveau de sous-sol).

Chapitre • Les bétons courants2

62

XO Aucun risque de corrosion ou d’attaque Béton non armé ou béton armé en environnement très sec

XC Corrosion induite par carbonatation Béton contenant des armatures ou des pièces métalliques noyéesexposé à l’air et à l’humidité

XC1 Sec ou humide en permanence

XC2 Humide, rarement sec

XC3 Humidité modérée

XC4 Alternance d’humidité et de séchage

XD Corrosion induite par les chlorures Béton contenant des armatures ou des pièces métalliques noyéesayant une origine autre que marine soumis au contact d’une eau ayant une origine autre que marine

contenant des chlorures, y compris des sels de déverglaçage

XD1 Humidité modérée

XD2 Humide, rarement sec

XD3 Alternance d’humidité et de séchage

XS Corrosion induite par les chlorures Béton contenant des armatures ou des pièces métalliques noyées soumisprésents dans l’eau de mer au contact des chlorures présents dans l’eau de mer ou à l’action de

l’air véhiculant du sel marin

XS1 Exposé à l’air véhiculant du sel marin,mais pas en contact direct avecl’eau de mer

XS2 Immergé en permanence

XS3 Zone de marnage, zone soumiseà des projections ou à des embruns

XF Attaque gel/dégel avec ou sans agent Béton soumis à une attaque significative due à des cyclesde déverglaçage gel/dégel alors qu’il est mouillé

XF1 Saturation modérée en eau sans agentde déverglaçage

XF2 Saturation modérée en eau avec agentde déverglaçage

XF3 Forte saturation en eau sans agentde déverglaçage

XF4 Forte saturation en eau avec agentde déverglaçage

XA Attaques chimiques Béton exposé aux attaques chimiques se produisant dans les solsnaturels, les eaux de surface et/ou les eaux souterraines

XA1 Environnement à faible agressivitéchimique

XA2 Environnement d’agressivité chimiquemodérée

XA3 Environnement à forte agressivitéchimique

Classes d’exposition des bétons selon la norme NF EN 206-1

Classe d’exposition Description de l’environnement Béton concerné

Page 62: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Ces bétons sont au maximum de la classe de résis-tance C16/20, pouvant être portée à C20/25 encas de contrôle de la production.

Pour tous les produits BPS et BCP, des adjuvantsconformes à la norme NF EN 934-2 peuvent êtreutilisés.

Les produits du BPE

En fonction des besoins particuliers du chantier, desbétons aux propriétés particulières peuvent êtrefabriqués et livrés.

Bétons retardés

Ces bétons permettent des cadences de béton-nage faibles ou scindées en phases.

Bétons autoplaçants

Ces bétons présentent une exceptionnelle facilitéde mise en œuvre. En effet, il s’agit d’un matériause mettant en œuvre sans faire appel à la vibrationce qui présente de nombreux avantages sur leschantiers, tant au niveau de la diminution des nui-sances sonores que de l’amélioration des condi-tions de travail du personnel de chantier.

Bétons colorés

Ces bétons, colorés dans la masse par des pigmentsminéraux permettent de réaliser des bétons d’amé-nagements particulièrement esthétiques.

Bétons fibrés

Pour certains travaux particuliers, les fibres métal-liques confèrent au béton une résistance amélioréeen traction, ainsi qu’aux chocs. Les bétons avec fib-res synthétiques offrent une bonne résistance à lafissuration de surface.

Les bétons routiers

Le développement des chaussées béton et de leurséquipements (séparateurs, bordures et caniveauxcoulés en place) a conduit à étudier des formula-tions de béton appropriées.

Les exigences de ces bétons (consistance, résis-tance mécanique, résistance au gel et aux sels dedéverglaçage) ont amené les producteurs de BPEet les entrepreneurs de chaussées en béton àsigner un protocole d’accord précisant notammentles engagements réciproques pour les spécifica-tions des bétons.

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Page 63: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Les bétons routiers sont utilisés dans la réalisationdes voies à grande circulation, ainsi que de nom-breuses voiries à faible trafic (voiries urbaines, delotissement, forestières ou agricoles).

2.4.5 - Le transport et la manutention

Pour les travaux routiers, le béton peut êtretransporté dans des bennes, mais le matériel leplus utilisé est la bétonnière portée (toupie) dont lacapacité varie entre 4 et 10 m3, et dont la rotationassure un malaxage continu favorable à la bonnehomogénéité du béton.

Les ajouts d’eau sont interdits pendant le transportet au déchargement. De même, à part le superplas-tifiant, généralement ajouté juste avant décharge-ment, les autres adjuvants ne doivent pas êtreincorporés en fin de transport.

Le béton doit être protégé contre les risques d’é-vaporation, de délavage ou de ségrégation. Ledélai de transport ne doit pas dépasser 1h30 (sauf

Chapitre • Les bétons courants2

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Page 64: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

traitement spécial), délai ramené à 45 minutes partemps, chaud, où le risque de chute de maniabilitéest accru. L’emploi de retardateurs de prise ou deplastifiants permet généralement de s’opposer à cetype de difficultés.

Le déchargement du béton sur le chantier se faitpar une goulotte, après inversion du sens de rota-tion de la bétonnière. Des tubes emboîtés permet-tent de prolonger le rayon d’action de la goulottejusqu’à 4 à 5 m en contrebas. Au-delà, des tapistransporteurs équipent souvent les camions et per-mettent de décharger le béton jusqu’à 10 m ducamion et sur des hauteurs de 5 à 6 m.

Pour des chantiers d’une certaine importance, d’ac-cès difficile, un camion pompe permet de livrer lebéton à des distances dépassant 150 m, et sur deshauteurs de 100 m et plus, pour les pompes lesplus puissantes.

2.4.6 - Les organismesprofessionnels du BPE

Le Syndicat National du Béton Prêt à l’Emploi(SNBPE), 3, rue Alfred Roll, 75017 Paris, regroupeplus de 80 % de l’activité de la profession. Lesinformations sur les produits peuvent être égale-ment obtenues auprès des 19 Syndicats régionauxdont les adresses sont disponibles au SNBPE (siteinternet : www.snbpe.org). Des informations plusspécifiques sont disponibles au Syndicat Nationaldu Pompage du Béton (SNPB), 3, rue Alfred Roll,75017 Paris.

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Page 65: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

2.5.1 - La fabrication du béton

Avant d’aborder la fabrication du béton, il n’est pasinutile de rappeler qu’il s’agit d’un matériau obtenuen mélangeant un ensemble de constituants présen-tant des états et des caractéristiques très différents :– un liant : le ciment, poudre d’une très grande

finesse ;– des granulats de forme et de densité variées ;– un liquide : l’eau de gâchage ;– éventuellement des adjuvants soit liquides, soit

en poudre.L’air qui se trouve enfermé dans le béton frais lorsde sa fabrication, joue un rôle non seulement sur saplasticité, mais également sur ses déformations etses propriétés finales.

Un matériau homogène

Pour élaborer un béton, matériau homogène, il fauttenir compte au cours des phases de fabrication etde transport, de l’homogénéité de ses consti-tuants. Il faut aussi réaliser un mélange efficace, quine puisse pas subir ensuite de ségrégation ou dedécohésion.

Parmi les facteurs influant sur l’homogénéité dumélange béton, on peut notamment souligner :– la régularité de chaque constituant : les données

retenues pour fixer les paramètres de dosage oude mélange ne doivent pas être remises en causepar d’éventuelles variations de ceux-ci ;

– la détermination d’une composition de bétontenant compte de sa destination et des consti-tuants utilisés : type et classe de ciment, nature etgranularité des granulats, adjuvants ;

– la teneur en eau ;– le type de matériel utilisé pour le malaxage ;– le temps de malaxage ;– les conditions et temps de transport du bétonentre sa fabrication et sa mise en œuvre.

La fabrication

Les méthodes de fabrication du béton sont adap-tées à la nature du chantier et aux types de bétonà réaliser. Le béton est fabriqué principalementdans des centrales de BPE, dans des centrales dechantier, dans des bétonnières pour les petits chan-tiers.

2.5.2 - L’approvisionnement et lestockage des constituants

Le choix des constituants qui vont être utilisés pourréaliser un béton déterminé repose sur deux exi-gences principales: l’une, d’ordre technique, dépenddes caractéristiques visées (résistance, granulomé-trie, coloration, etc.) ; l’autre, d’ordre économique,tient compte en particulier de la proximité desfournisseurs par rapport au chantier, des coûtscompétitifs…

Approvisionnés par route, rail ou voie d’eau, lesconstituants du béton doivent faire l’objet d’un stoc-

Chapitre • Les bétons courants2

66

2.5 Les bétons : fabrication et transport

Centrale BPE.

Page 66: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

kage compatible avec les besoins du chantier, enévitant aussi bien les ruptures de stock que les sur-stockages. Les constituants utilisés doivent toujoursêtre de qualité et conformes aux normes envigueur.

Le stockage du ciment

Une fois qu’ont été choisis le ciment adapté à l’ou-vrage à réaliser (CEM I, CEM II…), sa classe de résis-tance (32,5, 42,5, 52,5) et éventuellement sarésistance à certains milieux – travaux à la mer, eneaux à haute teneur en sulfates (voir G10 et G11), onveillera à son stockage soigné sur le chantier.

Pour les petits chantiers, le ciment conditionné ensacs doit être stocké sur des palettes disposées surun sol plat et sec. Les sacs seront protégés de lapluie, mais également des remontées d’humidité dusol, des projections de boue et de tout choc méca-nique susceptible de les déchirer. Si plusieurs typesde ciment sont nécessaires au chantier, leur stoc-kage sera séparé pour éviter erreurs et mélange.

Pour les grands chantiers, le ciment livré en vracpar camion-citerne est déchargé pneumatique-ment et stocké dans des silos verticaux de formecylindrique d’une capacité supérieure à 30 tonnes.

Le stockage des granulats

Il convient d’éviter tout mélange entre des granu-lats de natures, d’origines ou de classes granulairesdifférentes. Pour éviter la pollution des granulatspar de la terre ou des déchets, le stockage se faitsur une aire aménagée. La propreté des sables,notamment, est un facteur de qualité indispensabledu béton. Elle peut être mesurée par un essai décritdans le G10.

L’aire de réception des granulats doit permettre unécoulement correct des eaux. Celui-ci est souventobtenu grâce à la réalisation d’une aire bétonnée,légèrement inclinée. Cette aire comprend parfois,surtout pour les périodes froides, des canalisationsde distribution de vapeur, pour assurer le réchauf-fage des granulats.

Le stockage en silos ou trémies est plus rarementutilisé. Ce mode de stockage permet de grandesréserves de matériaux et de gros débits. Les silospeuvent comporter plusieurs compartiments per-mettant le stockage de différents granulats. Leur

capacité peut être supérieure à 150 m3. Les tré-mies sont à ciel ouvert, généralement de faiblehauteur et aussi hautes que larges.

Le stockage en silo ou en trémie présente lesgaranties de qualité et de régularité indispensablespour l’obtention de bétons à caractéristiques trèsrégulières (résistances mécaniques, teinte). C’estégalement le seul moyen susceptible de garantirune teneur en eau constante des granulats, qui faitl’objet de mesures par sonde.

Le stockage de l’eau

Si l’on est amené à stocker de l’eau sur le chantier,on veillera à ce qu’elle ne puisse être polluée pardes matières organiques ou des sels tels que leschlorures ou les sulfates.

Le stockage des adjuvants

Les adjuvants sont stockés en bidons ou en contai-ners fermés, bien identifiés. Les précautionsconcernant le stockage par temps froid, ainsi queles dates limites d’emploi doivent être scrupuleu-sement respectées.

2.5.3 - Le dosage des constituants

Le ciment est acheminé du silo à la trémie dedosage par des vis sans fin (vis d’Archimède) quiassurent un débit régulier et à l’abri de l’humiditéambiante, ou par transport pneumatique.

Le dosage pondéral (nettement préférable audosage en volume) est soit mécanique – la trémieemplie de ciment, portée par un fléau analogue àune balance romaine déclenche l’arrêt de l’arrivéede ciment lorsque le poids requis est atteint –, soitélectronique – le fléau classique est remplacé parun barreau dont la déformation est mesurée parune jauge de contrainte.

En ce qui concerne les granulats, ils sont repris parskip ou dragline et acheminés jusqu’à la doseusepar bande ou tapis. Pour obtenir une compositionde béton définie et constante, la teneur en eau desgranulats doit être mesurée régulièrement. Ledosage en eau de gâchage sera effectué, déduction

67

Page 67: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

faite de l’apport d’eau contenue dans les granulats.L’eau est dosée par compteur volumétrique oupompe doseuse.

2.5.4 - Le malaxage des constituants

Le malaxage est une phase importante de la fabri-cation du béton, car il va conditionner la qualité deson homogénéité. Pour assurer la réussite de cetteopération, il faut choisir un matériel adapté etdéterminer un temps de malaxage suffisant.

Le matériel de malaxage

Le choix d’un appareil (bétonnière ou malaxeur)dépend de sa capacité de production, de son apti-tude à malaxer différents types de mélanges (secs,plastiques, etc.) pour donner des bétons réguliers.

Les bétonnières

Ce sont des appareils qui assurent le mélange desconstituants par simple rotation de la cuve suivantun axe qui peut être horizontal ou légèrementincliné. Des palettes solidaires de la cuve assurentl’entraînement des matériaux qui retombent pargravité. Ce mouvement de brassage assure lemélange des constituants.

Les bétonnières sont simples, robustes et plus par-ticulièrement adaptées aux petits débits de pro-duction. La capacité de la cuve varie de 50 à 100litres pour les plus petites, pour atteindre 1 m3 etplus pour les grosses bétonnières à axe horizontal.La vidange de la cuve se fait par basculement, oupar inversion du sens de rotation. Les bétons fabriqués à la bétonnière sont au maximum de laclasse de résistance C16/20, pouvant être portée àC20/25 en cas de contrôle de la production.

Les malaxeurs

Ces appareils assurent une homogénéité dumélange supérieure à celle obtenue avec les béton-nières, grâce au déplacement relatif des compo-sants à l’intérieur du mélange. Ce déplacement estprovoqué par des trains de palettes ou de plané-taires dont l’axe est excentré par rapport à celui dela cuve, qui est elle-même fixe ou tournante.

La plupart des malaxeurs sont à axes verticaux. Lebéton subit un puissant effet de brassage à la foisdans le sens vertical et dans le sens horizontal. Cetype de matériel est le mieux adapté à l’obtentionde bétons homogènes.

Chapitre • Les bétons courants2

68

Page 68: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Les paramètres du malaxage

Une fois déterminé l’appareil adapté au béton àréaliser, le malaxage, pour être efficace, doit pren-dre en compte certains paramètres :– l’ordre d’introduction des composants ;– la vitesse de rotation de la cuve ;– le temps de malaxage.

L’ordre d’introduction idéal est parfois difficile àréaliser du fait du remplissage discontinu de lacuve par skip ou chargeur, qui ne facilite pas uneintroduction simultanée et progressive des consti-tuants. Avec un malaxeur, on considère commepréférable, lorsque c’est possible, d’introduire leciment et l’eau qui assure son mouillage, puis lesable – pour constituer le mortier – et enfin les gra-villons. Les adjuvants ont été préalablement diluésdans une partie de l’eau de gâchage. Avec unebétonnière, l’introduction d’une partie des gra-villons avec une partie d’eau assure le lavage de lacuve. Le ciment, le reste de l’eau et le sable sontintroduits ensuite. Les gravillons restants sontintroduits en dernier.

La vitesse de rotation des appareils est de l’ordrede 20 à 30 tours/mn, et diminue avec le diamètrede la cuve. Elle ne dépasse pas 20 tours/mn pourles bétonnières.

Le temps de malaxage est de l’ordre de 45 secon-des. En revanche, les bétons très fermes ou richesen éléments fins peuvent nécessiter des durées demalaxage plus longues : 1 à 2 minutes.

2.5.5 - Le transport du béton : l’approvisionnement du chantier

Le transport du béton frais jusqu’au lieu de coulagefait appel à des matériels très différents, selon qu’ils’agit de parcourir de courtes distances sur unchantier ou qu’il doit être acheminé depuis unecentrale de fabrication, parfois éloignée de plu-sieurs kilomètres. Ce deuxième cas, qui concerneplus particulièrement l’industrie du béton prêt àl’emploi est développé dans le chapitre 2.4 qui luiest consacrée.

Mentionnons simplement l’emploi de camions àbennes fixes ou des classiques bétonnières portées

(toupies) qui assurent le maintien de l’homogé-néité pendant le transport. La capacité de cesbétonnières portées varie de 4 à 10 m3. Le tempscumulé de transport et de déchargement doit êtrelimité à 1h 30min environ dans des conditionsnormales de température (voisines de 20 °C). Le risque rencontré est une chute de la maniabilitédu béton. L’emploi de retardateurs de prise et de plastifiants permet de résoudre ce type de difficultés.

2.5.6 - Le transport du béton par benne, goulotte, tapis

Sur le chantier même, le matériel le plus utilisépour le transport du béton est la benne à béton,dont la forme et les dimensions sont très variables.Elle est remplie par le haut, et vidée en partie bassepar ouverture mécanique ou pneumatique d’unetrappe. La commande d’ouverture peut être faite àdistance. La partie inférieure de la benne est sou-vent munie d’un manchon qui permet de diriger lacoulée de béton et de limiter la hauteur de chute,génératrice de phénomènes de ségrégation. Labenne est acheminée au droit des coffrages parchargeur, grue et même hélicoptère dans les casdifficiles. Le béton peut être également transportépar goulotte ou par tapis.

69

Page 69: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

2.5.7 - Le transport du béton par pompage

Le pompage du béton est une technique qui sedéveloppe rapidement car il permet une impor-tante productivité, la limitation du temps d’attenteavant la mise en place du béton, la possibilité d’as-surer l’approvisionnement sur des sites difficilesd’accès, la mise en place de quantités importantesen une seule coulée.

La technique se développe parallèlement à lacroissance du BPE. Le camion-pompe équipé deflèches allant jusqu’à 60 m, peut envoyer le bétondirectement de la toupie au lieu de coulage.L’évolution rapide des bétons pompés permetainsi d’atteindre des longueurs de transport de 300à 400 m, jusqu’à 100 m et plus en hauteur avecdes bétons particulièrement adaptés.

Le parc Français est estimé à environ 1200 machines.

Le procédé de pompage

Le béton est préalablement « agité » dans la trémiede réception de la pompe dès sa sortie du camionmalaxeur. Le cheminement du béton dans la tuyau-terie, se fait grâce à un cycle aspiration / poussée,à l’aide de deux pistons reliés à deux vérinshydrauliques évoluant à l’intérieur de deux cylind-res appelés « chemises » (le premier vérin remontedans sa chemise : aspiration du béton, simultané-ment, le second vérin descend : poussée dubéton). Le nombre de cycles par minute « aspira-tion / poussée », permet de définir la cadence depompage en mètres cubes par heure.

NotaLe débit courant des pompes varie entre20 et 150 m3 par heure.

Les types de pompes à béton

• Pompe automotrice à flèche : elle peut être instal-lée à l’intérieur ou à l’extérieur du chantier ; pardéfinition dépendante des conditions du chantier,elle doit être en permanence en bon état de fonc-tionnement et disposer de tous les équipements

de sécurités. À côté de la pompe automotrice « tra-ditionnelle », les techniques de pompage condui-sent actuellement en France au développement :– des malaxeurs pompes pour les petits chantiers

ou les interventions de faible volume;– des tapis pour le même type d’intervention sui-

vant les habitudes de mises en œuvre des entre-prises.

• Pompe stationnaire plus tuyauterie et mât debétonnage : elle reste à demeure sur le chantier.

2.5.8 - Les règles à respecter lors du transport

Le matériel utilisé pour le transport du béton devraêtre fréquemment nettoyé à l’eau pour ne pasintroduire des corps étrangers ou des déchets dansle béton. Par ailleurs, le matériel sera tel que la hau-teur de chute du béton lors du coulage, ou leschocs mécaniques durant la manutention, nesoient pas de nature à créer des problèmes deségrégation dans le béton.

La durée de transport du béton doit être limitée en fonction des conditions ambiantes de tempé-rature, d’hygrométrie ou de vent. Elle ne peutdépasser 1h30.

Le béton fabriqué sur le chantier doit être mis enœuvre moins de 30 minutes après sa fabrication.

Chapitre • Les bétons courants2

70

Page 70: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

71

2.6.1 - Les différentes phases de la mise en œuvre

De la sortie de la bétonnière ou du malaxeur à l’ou-vrage fini, le béton passe par différentes phases :transport, coulage dans un coffrage ou un moule,serrage, maturation, démoulage, cure. Ces diffé-rentes phases impliquent le recours à des tech-niques qui ont beaucoup évolué et qui doiventrespecter des règles d’exécution, décrites dans lesdocuments techniques tels que des normes, oudes fascicules de documentation à caractère nor-matif de l’Afnor.

Les règles de bonne exécution, objet de cettenotice, concernent la mise en œuvre sur le chantieret ne s’appliquent pas nécessairement à la fabrica-tion en usine. Des critères spécifiques peuventdans ce cas être imposés par la nature des pièces,le processus de préfabrication ou les conditions detravail en usine.

2.6.2 - L’approvisionnement du béton

Les différentes filières d’approvisionnement dubéton jusqu’au site de coulage font l’objet du cha-pitre 2.4. Il faut cependant rappeler les conditionsà respecter pour ne pas modifier les caractéris-tiques du béton entre son lieu de fabrication et sonlieu d’utilisation.• Éviter les chocs ou manœuvres brutales qui peu-vent provoquer la séparation des constituants dubéton : phénomène de ségrégation dû aux densitésdifférentes des constituants.• Veiller à ce que le temps de transport ou d’attentene soit pas susceptible d’entraîner une perte d’ou-vrabilité, voire un début de prise du béton, surtoutpar temps chaud (l’emploi d’un retardateur deprise permet de compenser ce phénomène).• À l’inverse, par temps froid, il convient de pren-dre des précautions pour protéger le béton contrele gel.

2.6 Mise en œuvre du béton sur chantier

Page 71: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

• Le matériel utilisé pour le transport doit être fré-quemment nettoyé pour éviter tout risque de pol-lution (déchets végétaux ou organiques, restes debéton…).

Les essais de contrôle des caractéristiques dubéton effectués au point de livraison doivent avoirlieu juste avant son coulage ; les essais in situ, per-mettent d’approcher au maximum les caractéris-tiques du béton fabriqué, avec celles de l’ouvrage.

2.6.3 - La mise en place

La préparation des différents éléments

La préparation des coffrages (voir le chapitre 2.8)

Les coffrages doivent :– être suffisamment rigides pour supporter la

poussée du béton tout particulièrement dans lecas des bétons fluides, sans se déformer y com-pris pendant la phase de vibration, et stables ;

– être étanches pour éviter les fuites de laitanceaux joints ;

– avoir un parement nettoyé et traité avec un agentde démoulage approprié et appliqué en coucherégulière ; cette préparation est indispensablepour l’obtention d’un béton apparent régulier, etpour éviter des phénomènes d’adhérence entraî-nant des arrachements lors du décoffrage ;

– être exempts de corps étrangers (clous, ligatures,boulons, etc.) et d’eau stagnante.

La préparation des armatures

Pour éviter leur déplacement pendant la mise enplace du béton et sa vibration, les armatures doi-vent être correctement calées et positionnées (ilexiste de nombreux modèles de cales s’adaptantaux différents diamètres d’armatures et aux formesde la pièce à réaliser). L’enrobage des armaturesdoit aussi être contrôlé.

Les surfaces de reprise de bétonnage

Leur emplacement sera prévu lors du calepinagepour correspondre à la jonction des éléments

constitutifs, de façon à ne pas créer un joint gênantpour l’aspect du parement de béton.

Les surfaces de reprise doivent être rugueuses (unrepiquage peut parfois s’avérer nécessaire) pourfaciliter l’adhérence et humidifiées lorsqu’il s’agitd’un béton déjà durci.

Le déversement du béton

Les dalles, planchers, chaussées

Le béton doit être déversé d’une hauteur inférieureà 0,8 mètre et être réparti régulièrement. Les accu-mulations locales entraînent une surcharge sur lesétaiements, ainsi que des risques de ségrégation.

Les éléments coffrés

En plus des précautions précédentes, il peut êtrenécessaire d’utiliser des manchons ou des tubes,pour limiter la hauteur de chute libre du béton (àl’origine de phénomènes de ségrégation), surtoutdans des coffrages hauts et profonds. Il faut éviterle ruissellement du béton sur les parois du coffrageou le phénomène de cascade sur les armatures.

Chapitre • Les bétons courants2

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Page 72: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Le tube plongeur, le manchon ou la goulotte doi-vent permettre de déverser le béton au fond ducoffrage. Ils sont remontés progressivement au furet à mesure du bétonnage.

Les précautions à prendre lors du coulage sont lessuivantes :– limiter la hauteur de chute ;– prévoir des couches horizontales successives

n’excédant pas 60 à 80 cm de hauteur ;– maintenir une vitesse de bétonnage aussi cons-

tante que possible ;– éviter la mise en place lors de trop fortes pluies

pouvant entraîner un lavage des gros granulats etun excès d’eau dans le béton, surtout à sa surface.

2.6.4 - Le serrage du béton

Son objet

Le serrage est indispensable pour obtenir desbétons présentant de bonnes caractéristiquesmécaniques et physiques, durables, avec des pare-ments réussis. Sauf dans le cas de béton autopla-çant, il est indispensable de faciliter la mise enplace du béton grâce à des moyens de serrage.

Le serrage a pour objet de faciliter l’arrangementoptimal des grains, permettant ainsi l’écoulementdu béton, un bon remplissage des cavités et l’en-robage correct des armatures. Le serrage permetaussi d’évacuer une grande partie de l’air contenudans le béton et d’améliorer ainsi sa compacité.

Les moyens de serrage (voir le chapitre 2.9)

Les différents modes de serrage s’appliquent auxouvrages verticaux (murs, voiles, poteaux, etc.)aussi bien qu’aux horizontaux (dalles, chaussées,etc.).

La vibration interne

On utilise des aiguilles vibrantes électriques, pneu-matiques ou thermiques, de 25 à 150 mm de dia-mètre, en fonction du volume du béton à vibrer.Pour les bétons courants de granulométrie infé-rieure à 25 mm, les aiguilles employées ont un dia-mètre de 40 à 100 mm.

Les règles suivantes doivent être respectées :– immerger l’aiguille verticalement ou sous un

angle faible ;– la remonter lentement (10 à 15 secondes) sur

une hauteur n’excédant pas 60 cm.– choisir des points de vibration successifs compris

entre 30 et 60 cm selon le diamètre de l’aiguille(distance entre points successifs 8 à 10 fois le dia-mètre de l’aiguille) ;

– ne pas vibrer trop près du coffrage et ne pas tou-cher les armatures avec l’aiguille.

La vibration externe par vibrateurs de coffrage

Pour les ouvrages de faible épaisseur ou, à l’inverse,de hauteur importante avec une forte densité d’ar-matures, la vibration interne est pratiquementimpossible, on utilise des vibrateurs fixés sur lescoffrages. Il s’agit de moteurs à balourds, plus déli-cats à manipuler que les aiguilles et dont l’empla-cement n’est pas toujours facile à déterminer.L’épaisseur intéressée par les vibrateurs n’excèdepas 20 à 30 cm. Pour des pièces importantes, lesvibrateurs doivent être déplacés sur les coffragesau fur et à mesure de l’avancement du bétonnage.

NotaLa vibration externe sur chantier est uneopération qui nécessite une certaine expé-rience. Elle est par contre couramment uti-lisée en préfabrication, car les moules, plusrobustes, permettent une transmissionhomogène et efficace des vibrations. Lecaractère répétitif des éléments à réaliserpermet la détermination optimale de l’em-placement des vibrateurs.

73

Page 73: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

La vibration externe par règle vibrante

Cette technique est utilisée pour les dalles ouchaussées en béton de 20 à 25 cm d’épaisseur ;elle consiste à déplacer à la surface du béton unerègle (ou une poutre) équipée de vibrateurs, quiassure son serrage à partir de sa surface.

2.6.5 - La mise en œuvre du béton sans vibration :les bétons autoplaçants

Ces bétons se mettent en place sous le seul effetde la gravité. Ils permettent un gain économiquesur la productivité, le matériel et la main-d’œuvre ;ils améliorent les aspects de parement et suppri-ment les nuisances sonores causées par les vibra-teurs. Ces bétons sont appelés à se développer trèslargement dans les prochaines années.

2.6.6 - Le surfaçage du béton

Le surfaçage du béton frais est destiné à fermer sasurface, c’est-à-dire à augmenter la compacité dela zone de la peau. L’objectif recherché est aussi unfini de surface lisse et une bonne planéité.

Pour que le surfaçage soit efficace, le béton doitêtre suffisamment riche en mortier et sans excèsd’eau qui aurait tendance à ressuer exagérémenten surface, entraînant un phénomène de microfis-suration (faïençage). Le surfaçage est réalisé avecdivers matériels : taloches manuelles ou méca-niques, lisseuses rotatives.

Le surfaçage peut être complété par d’autres trai-tements qui donnent à la surface du béton descaractéristiques particulières. Ces traitements sontnotamment le striage, le rainurage ou le dénudagedes granulats.

2.6.7 - La protection du béton

La protection permet d’éviter une préventioncontre :– un lessivage par les eaux de pluie et les eaux de

ruissellement ;– un refroidissement trop rapide pendant les pre-

miers jours suivant la mise en place ;– des différences importantes de températures

internes ;– une basse température ou le gel ;– des vibrations ou des chocs pouvant disloquer le

béton ou nuire à l’adhérence avec les armatures.Les parties coffrées sont naturellement protégéespar les coffrages.

La résistance thermique du coffrage peut en outreremplir une double fonction :– limiter les gradients thermiques entre le cœur et

la peau de l’ouvrage ;– retarder, par temps froid, le refroidissement du

béton, ce qui permet de lui assurer un durcissementsuffisant avant d’être exposé aux effets du gel.

La protection peut également concerner les effetsdu froid pour les parties non coffrées ; il s’agit alorsde créer une barrière thermique par bâche isolante,voire chauffante.

Chapitre • Les bétons courants2

74

Exemple d’évolution de la température du béton selon la protection assurée par le coffrage :– température extérieure – 7 °C ;– coffrage métallique ordinaire ou isolé par du polystyrène.

Page 74: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

75

2.6.8 - Le décoffrage

La résistance mécanique et l’homogénéité de la teinte

Le décoffrage d’un ouvrage ne doit intervenirqu’en fonction de la satisfaction de deux exigencesprincipales.

La résistance mécanique du béton : sauf cas parti-culiers (coffrages glissants, traitements thermiquesdu béton, etc.), on ne décoffre pas, en règle géné-

rale, un béton présentant une résistance à la com-pression inférieure à environ 8 MPa. Cette exi-gence est évidemment sensiblement augmentéepour des pièces soumises à des sollicitations(contraintes de flexion, chocs…).

La recherche de l’homogénéité de la teinte peutentraîner des variations des temps de coffrage, enfonction des variations climatiques.

Page 75: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Chapitre • Les bétons courants2

76

Les paramètres influant sur les délais de décoffrage

– les conditions ambiantes ;– les caractéristiques de l’ouvrage (dimension,

contraintes imposées) ;– les propriétés du béton à l’état frais (composition,

évolution de son durcissement) ;– la nature du ciment et son dosage ;– la nature du coffrage et ses caractéristiques.

Les moyens de contrôle

Ils sont destinés à contrôler les caractéristiquesrequises du béton :– essais d’information sur éprouvettes conservées

dans les mêmes conditions que l’ouvrage ;– essais non destructifs divers, en particulier le

scléromètre ou la mesure de la vitesse du son ;– la maturométrie.

2.6.9 - La cure du béton

La cure du béton est la protection apportée pouréviter sa dessiccation et lui assurer une maturationsatisfaisante. Elle est particulièrement indispensa-ble pour les dalles et les chaussées, surtout lorsqueles conditions atmosphériques sont défavorables :vent, soleil, hygrométrie faible, etc.

Les procédés de cure

Ce sont des moyens simples tels que l’humidifica-tion renouvelée de la surface ou la mise en placed’une bâche plastique (polyane), ou la pulvérisa-tion de produits de cure qui constituent un filmimperméable à la surface du béton.

Page 76: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

77

La durée de cure

La durée de la cure dépend essentiellement desconditions ambiantes et de l’évolution du durcisse-ment du béton. Elle est réalisée :– pour les dallages, à la fin du surfaçage, soit par la

pulvérisation d’un produit de cure, soit par lamise en place d’un film de polyéthylène translu-cide ou d’un géotextile régulièrement humidifié ;

– pour les murs en élévation, après le décoffrage,par pulvérisation d’un produit de cure, ou par lamise en place d’un géotextile régulièrementhumidifié.

Page 77: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Chapitre • Les bétons courants2

78

2.7.1 - Le bétonnage par temps chaud

Les conditions climatiques lors de la mise en œuvreont une grande influence sur la qualité finale dubéton. Il convient de se préoccuper de cette sensi-bilité aux températures élevées dès la préparationdu béton, puis, pendant son transport, sa mise enœuvre, son durcissement et sa cure jusqu’à maturité.

En règle générale, dès que la température mesuréesur chantier est durablement supérieure à 25 °C,des dispositions sont à prendre dans le programmede bétonnage, elles sont plus contraignantesencore, au-dessus de 35 °C. Ce premier sous-cha-pitre traite essentiellement des conséquences etpréconisations du bétonnage par temps chaud.

Conséquences d’une augmentation dela température sur les bétons

Le béton est sensible aux paramètres que sont latempérature, l’hygrométrie, la vitesse du vent, quiagissent sur :– la rhéologie du béton et son évolution ;– la vitesse de prise ;– la cinétique de durcissement ;– l’évaporation et la dessiccation du béton.

L’augmentation de la température du béton estune cause de perte de maniabilité et chaque cons-tituant y participe différemment en fonction de sondosage et de sa chaleur massique. Par exemple, onretiendra, toute chose égale par ailleurs, que, dansle domaine courant :– une augmentation de 10 °C du ciment élève de

1 °C la température du béton ;– une augmentation de 10 °C de l’eau élève de

2 °C la température du béton ;– une augmentation de 10 °C des granulats élève

de 7 °C la température du béton (figure 1).

Avec l’accroissement de la température du béton,les propriétés physico-chimiques du matériau sontsensiblement modifiées.

La rhéologie

Pour une composition donnée d’un béton, lamaniabilité caractérisée par la mesure de l’affaisse-ment au cône d’Abrams évolue (figure 2).

Pour une élévation de la température du béton, il ya une importante perte de l’ouvrabilité qui, enoutre, peut se manifester très rapidement après lapréparation du béton. La solution de rajouter de

2.7 Le bétonnage – par temps chaud– par temps froid

30

20

10

0

20

40 60

¡C

Acc

rois

sem

ent d

e la

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ture

du

bto

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Granulats

Eau

Ciment

Temp rature des constituants

¡C

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Abr

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12

10

8

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015 20 25 30 35 40

cm

¡C

Temp rature du b ton

Figure 1 : accroissement de la température du béton en fonction de celle des constituants.

Figure 2 : évolution de l’affaissement au côneen fonction de la température.

Page 78: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

79

l’eau pour palier cette perte d’ouvrabilité est inter-dite car elle entraîne une baisse de la résistancemécanique obtenue sur le béton à toutes leséchéances (figure 3).

Les temps de prise

L’augmentation de la température accélère lesréactions chimiques : la prise du béton est plusrapide (figure 4).

Les résistances mécaniques

Une forte élévation de la température provoque auxéchéances précoces (1 ou 2 jours) une augmenta-tion de la résistance du béton. Cela se traduit géné-ralement par une résistance du béton à 28 jours

moins élevée que celle du même béton qui auraitété conservé à une température plus basse.

Il est important de tenir compte de ce phénomène(figure 5) et il faut se souvenir que les réactionsd’hydratation sont plus ou moins exothermiquesselon les types de ciment et que cet effet secumule avec celui de la température extérieure.

La fissuration

Une évaporation trop rapide de l’eau du bétonpeut entraîner quelques heures après le décoffragedes fissures de retrait plastique. Dans la pratique, ilest conseillé de ne pas dépasser une vitesse d’éva-poration supérieure à 1 kg/m2/h. Elle est d’autantplus importante que :– la température ambiante est élevée,– la température du béton augmente,– l’air est sec.L’abaque de l’American Concrete Institute (ACI)permet d’estimer la quantité d’eau évaporée dubéton en fonction de ces trois paramètres (fig-ure 6).

Préconisations pour le bétonnage par temps chaud

Les services météorologiques donnent des infor-mations sur les conditions climatiques d’un sitedonné. Pour des chantiers importants, il peut êtrenécessaire de compléter l’information des servicesspécialisés par un suivi précis de l’évolution locale.

20

25

30

35

40

160 165 170 175 180 185

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28

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Temp rature du b ton

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MPa

Slump = 8 cm

20 ¡C

30 ¡CR

c 2

8 j

TempsFigure 3 : évolution des résistances d’un béton

en fonction de l’augmentation de la teneur en eau.

Figure 4 : évolution du temps de prise du bétonen fonction de la température.

Figure 5 : évolution des résistances en compression en fonction de la température.

Page 79: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Chapitre • Les bétons courants2

80

90

10

80

70

60

50

40

30

20

5 15 25 35

32

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16

8

3

0

0

1

2

3

4

Temp rature de l’air (en ¡C)

Vite

sse

de l’a

ir : 4

0 Km

/h

Vite

sse

d’va

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en K

g/m

/h

Humiditrelative (%)

Temp

rature du bton : 38¡ C

4 ¡C

10 ¡C

16 ¡C

21 ¡C

27 ¡C

32 ¡C

Exemple :air 17 ¡C

humidit relative : 40 %temp rature b ton : 27 ¡Cvitesse de l’air : 24 Km/h

Danger :vitesse d’ vaporation > 1 Kg/m2/h

Figure 6 : abaque permettant de calculer la vitesse d’évaporation de l’eau à la surface du béton en fonction des conditions atmosphériques (température, humidité relative, vitesse du vent et température du béton).

NotaUne trop forte température peutprovoquer pour les pièces massivesdes fissures liées au retrait d’originethermique.

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Par temps chaud, il conviendra de respecterquelques règles simples afin d’obtenir en œuvre unbéton dont les caractéristiques correspondent auxattentes des maîtres d’ouvrage. Des modificationsde la formulation du béton peuvent dans les casextrêmes s’avérer nécessaires. À l’égard des gra-nulats (sable, gravillon) qui constituent l’essentielde la masse du béton, c’est au niveau des condi-tions de stockage que des protections sont à met-tre en place, elles peuvent être complétées par unarrosage plus ou moins intensif, apport d’eau dontil convient de tenir compte dans la composition dubéton. Bien que le choix du type de ciment soitdicté par des considérations liées à l’ouvrageréalisé et aux conditions d’environnement, il peutêtre utile de rechercher un ciment faiblement exo-thermique. L’eau utilisée pourra être refroidie.

Au niveau de la formulation du béton, il est possi-ble d’associer un ou plusieurs adjuvants, un retar-dateur de prise qui prolongera le tempsd’utilisation, un plastifiant réducteur d’eau qui per-met de maintenir le rapport E/C. Il est importantdans cette hypothèse de réaliser des études pré-alables de compatibilité ciment-adjuvant en lesmenant dans les conditions climatiques proches decelles du chantier afin de vérifier que la maniabilitéreste satisfaisante pendant une durée compatibleavec les conditions de transport et de mise enœuvre.

Lorsque le chantier est approvisionné par des cen-trales de béton prêt à l’emploi, il faut s’efforcer deréduire les temps de transport et d’attente et limi-ter le stationnement en plein soleil des camionsmalaxeurs.

Au niveau de la mise en œuvre du béton, il peutêtre utile de refroidir les coffrages et il convienttoujours de bétonner en dehors des heures les pluschaudes de la journée. En aucun cas, il ne faudrarajouter d’eau à un béton dont l’ouvrabilité s’avèremédiocre.

Après coulage, le béton doit être protégé de ladessiccation, notamment les surfaces exposées ausoleil et au vent, par un produit de cure ou par unebâche (paillassons humides, films plastiques, etc.).Cette protection doit être maintenue en placedurant les premières heures voire quelques joursselon l’évolution des conditions climatiques.

La qualité et la durée de vie du béton se jouent auxtous premiers âges, période où il est particulière-

ment sensible. Les précautions prises pour béton-ner par temps chaud peuvent générer des coûtssupplémentaires qui, de toute façon, seront moin-dres que ceux liés aux réparations ultérieures.

2.7.2 - Le bétonnage par temps froid

Les conditions climatiques ont une influence trèsimportante sur la qualité finale du béton. On doits’en préoccuper dès sa fabrication et jusqu’à samaturité en passant par son transport, sa mise enœuvre et sa cure.

En règle générale, lorsque la température mesuréesur chantier est inférieure à – 5 °C, la mise en placedu béton est déconseillée. Entre – 5 °C et + 5 °C,elle ne peut se faire qu’avec des moyens efficacespour prévenir les effets dommageables du froid. Leprésent document ne traite que de l’effet des bas-ses températures sur le béton frais. L’effet du gelsur béton durci faisant partie d’un chapitre spéci-fique : « La tenue au gel des bétons durcis ».

Conséquences de la baisse de température sur les bétons frais

Sur béton frais, la baisse de température dans uneplage n’atteignant pas le gel, ralentit les réactionsexothermiques d’hydratation du ciment. On constate:– un retard du début de prise (figure I) ;– un allongement du temps de durcissement

(figure II).On observe aussi une augmentation du ressuage.

Tem

pra

ture

am

bian

te

D but de prise

h

-10

-5

0

0

5

10

15

20

10 20

Figure I : début de prise du béton en fonction de la température.

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avant la mise en œuvre et de prendre les disposi-tions nécessaires. La résistance finale du béton est d’autant plus affectée que le gel du béton estprécoce.

Précautions à prendre pour le bétonnage par temps froid

Pour mettre en œuvre correctement par tempsfroid, il est indispensable :– d’adapter la composition du béton ;– d’apporter et de maintenir une quantité de cha-

leur au béton frais ;– de maintenir ces dispositions de protection en

place au-delà des délais habituels.

Composition du béton

La composition du béton devra être soigneuse-ment étudiée notamment sur :– le choix du ciment : un ciment de type CEM I de

classe 52,5 ou 42,5 (ou de sous classe R) estrecommandé ;

– le dosage du ciment : il est recommandé de setenir à des dosages élevés supérieurs à330 kg/m3,

– le choix des granulats : les granulats seront nonporeux, non gélifs, propres et non gelés,

– le dosage en eau : le dosage en eau devra êtrele plus faible possible,

– l’adjuvantation : l’emploi d’adjuvants tels queréducteurs d’eau, accélérateurs de prise et accé-lérateurs de durcissement est conseillé. Il estindispensable de réaliser des études préalablesde compatibilité ciment-adjuvant et de les menerdans les conditions voisines du chantier.

Chapitre • Les bétons courants2

82

Conséquences du gel sur le béton frais

Lorsque le béton frais gèle, les réactions d’hydrata-tion cessent et le durcissement est complètementarrêté.

Si le gel intervient avant le début de prise, il pro-voque uniquement un gonflement, le durcisse-ment reprenant normalement dès que latempérature redevient positive (vers 5 °C). L’effetdu gonflement conduit néanmoins à une baisse derésistance. Si le gel intervient au début du durcis-sement, la porosité est augmentée, l’adhérencepâte-granulat diminue et les résistances méca-niques sont fortement altérées. Dans ce cas, lesdommages sont irréversibles, il est donc extrême-ment important d’anticiper l’évolution climatique

Valeur mini de d coffrage

Temps

R (en MPa)c

0 10

10

24 48h

20 C¡

10 C¡

5 C¡

Figure II : Délai de décoffrage en fonction de la température.

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83

Apport et maintien de chaleur

Chauffage : le béton peut être chauffé lors de safabrication par l’eau ou les granulats. Il peut êtreensuite maintenu à température par chauffage del’atmosphère ambiante ou du coffrage.

Le ciment, l’eau et les granulats contribuent dansdes proportions variables à l’élévation de la tem-pérature du béton (ex : figure III) – voir l’exempledonné à la page 78.

Calorifugeage : les coffrages pourront comporterune isolation qui limitera les échanges thermiquesavec l’extérieur.

Transport : le transport du béton frais ainsi que l’at-tente des toupies seront le plus court possible.

Étuvage : l’étuvage du béton au cours de son dur-cissement accélérera l’hydratation du ciment.

Protection de surface : la surface du béton encontact avec l’air devra être protégée du froid, parexemple avec une bâche isolante.

Maintien des dispositions de protection :– les protections de surface doivent être mainte-

nues au moins pendant 72 heures ;– le décoffrage ne doit être effectué que si le béton

a atteint une résistance mécanique suffisante del’ordre de 10 MPa, – les dispositifs d’étaiementdoivent être maintenus en place pendant lapériode froide en particulier en présence de gel.

Toutes ces mesures peuvent générer des coûtssupplémentaires qui, de toute façon, seront moin-dres que ceux liés aux réparations ultérieures.

Cas des ciments à durcissement rapide

Les ciments à durcissement rapide comme leciment d’aluminates de calcium fondu et leprompt, dégagent leur chaleur d’hydratation sur untemps très court. L’échauffement obtenu permet lebétonnage par des temps très froids (– 10 °C) oudans des chambres froides. Les précautions à pren-dre sont identiques à celles des bétons de cimentscourants. On se référera aux préconisations d’utili-sation des fabricants.

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rois

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Temp rature des constituants

Granulats

Eau

Ciment

¡C0 20 40 60

10

20

30

¡C

Figure III : accroissement de la température du bétonen fonction de la température des constituants.

Page 83: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Chapitre • Les bétons courants2

84

2.8.1 - Le rôle du coffrage

Une propriété essentielle du béton est son aptitudeà épouser la forme dans laquelle on le coule lors-qu’il est encore à l’état frais. Sur chantier, les outilsutilisés pour le moulage du béton sont les coffra-ges. Pour les ouvrages verticaux, tels que murs,voiles verticaux, poteaux, ces coffrages appelésbanches ont donné lieu à l’expression « béton ban-ché », qui désigne le béton coulé dans des banches.

Le coffrage constitue l’outil essentiel en matière deréalisation d’ouvrages en béton. Il a beaucoup évo-lué ces dernières années pour mieux s’adapter àdes besoins de plus en plus complexes et variés.

Grâce aux coffrages, le béton coulé in situ demeurepour beaucoup d’ouvrages une solution écono-mique et parfois la seule utilisable lorsque le

volume de la réalisation est très important oulorsque les éléments à réaliser ne sont pas suffisam-ment répétitifs pour justifier leur préfabrication.

2.8.2 - La conception des coffrages

Si le choix des coffrages dépend de l’ouvrage àréaliser et du nombre de ses réemplois, on peutnéanmoins dégager un certain nombre d’exigen-ces communes qu’ils doivent satisfaire.

Indéformabilité et stabilité

Un coffrage doit être indéformable sous l’effet dela poussée du béton et lors de la vibration. Lerespect des tolérances dimensionnelles de l’ou-vrage dépend directement de ce critère.

La conception du coffrage doit donc s’attacher àrespecter cette indéformabilité et cette stabilité enconsidérant la pression statique exercée par lebéton (dans les cas courants 2 à 6 t/m2 selon lahauteur du bétonnage) et les contraintes dyna-miques qui découlent de la vibration (qui varientselon le mode de vibration et le type de vibrateurset de leur répartition).

La conception est fonction du nombre de réem-plois. En particulier en cas de réutilisation fré-quente, l’altération de certains types de coffrages(en bois notamment) est de nature à modifier leurscaractéristiques mécaniques et dimensionnellesainsi que l’aspect final du béton.

Étanchéité

Un coffrage est constitué par la juxtaposition depanneaux ou éléments ; l’absence d’étanchéité aux

2.8 Les coffrages de chantier

Page 84: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

applications, on utilise des bois poncés, rabotés outraités pour mettre, par exemple, le veinage envaleur (soude, brossage). Ces coffrages, dont l’exé-cution s’apparente parfois à l’ébénisterie, permet-tent la réalisation de bétons apparents de qualité,présentant des textures variées.

Les caractéristiques du bois se modifient au coursdes réemplois (porosité plus faible, usure de la sur-face) ; ces modifications peuvent avoir uneinfluence sur la teinte et l’aspect du parement.

Pour les surfaces importantes et planes, le coffragepeut être réalisé en panneaux de contreplaqué.Mais il est également utilisable pour les petits élé-ments de forme complexe, du fait de sa facilité dedécoupe. Pour un grand nombre de réemplois, onutilise surtout des panneaux de type CTB X (contre-plaqué marine imperméable) en épaisseur de 16 à19 mm, dont la surface peut être bakélisée pouraugmenter encore sa longévité.

Les coffrages métalliques

Les coffrages métalliques se sont beaucoup déve-loppés dans le bâtiment. Ils permettent de rationa-liser la mise en œuvre du béton et contribuent àl’amélioration de la productivité du chantier. Leurspossibilités de réemploi sont appréciables pour deséléments à caractère répétitif – voiles verticaux,planchers et poteaux. L’utilisation de raidisseurs per-met la réalisation d’éléments de grandes surfaces.

Ce type de coffrages, bien que lourd, a su évolueren fonction des besoins :– coffrages modulaires ;– coffrages repliables pour le transport, type ban-

ches containers et tables coffrantes ;– coffrages glissants, grimpants, à géométrie variable

(tours de refroidissement et voussoirs pour ponts);

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joints a pour effet de laisser passer l’eau ou la lai-tance du béton, ce qui provoque sur le parementdes défauts d’aspect : hétérogénéité de texture etde teinte, nids de cailloux.

Pour les bétons destinés à rester apparents, l’étan-chéité des coffrages doit être particulièrement soi-gnée.

État de surface

Un coffrage est le négatif de l’ouvrage à réaliser.Tout défaut de surface de coffrage se retrouveradonc sur le parement de l’ouvrage. Si un effetdécoratif peut être recherché volontairement enutilisant par exemple le veinage des planches ouleur assemblage, il n’en va pas de même lorsqu’ils’agit de défauts tels que trous, déformations desurface dues à des chocs, têtes de boulons, désaf-fleurements.

2.8.3 - Les différents types de coffrages

Les coffrages en bois

Matériau sciable et clouable, le bois est l’un despremiers matériaux utilisés pour la réalisation decoffrages. Du fait de sa texture et de ses possibili-tés d’assemblage, le coffrage bois présente denombreux avantages pour les bétons apparentsstructurés et pour les ouvrages de formes com-plexes et non répétitifs.

Les planches utilisées pour les coffrages doiventêtre suffisamment épaisses pour éviter un gauchis-sement (27 à 40 mm), tirées d’essences de boisexempts de tanin, secs et stabilisés. Pour certaines

Page 85: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

2.8.4 - La préparation des coffrages

La préparation des coffrages porte principalementsur les points suivants.

La vérification du positionnement et de la stabilité

Sur la plupart des coffrages, des cales, des taquetsou des vérins permettent une mise à niveau et unassemblage qui doivent être vérifiés avec soin. Lesétais, assurant la stabilité au vent, doivent être cor-rectement fixés et réglés. Sur la plupart des ban-ches métalliques, il existe des systèmes intégrés,dont la mise en place est rapide et sûre.

L’étanchéité

Elle est directement liée au bon positionnementdes éléments constitutifs du coffrage et à leurassemblage. L’emploi de joints souples et de cou-vre-joints peut constituer une solution efficace.

Le nettoyage

Il faut veiller à éliminer tout ce qui peut constituerune source de salissures ou d’altération du béton :boulons, ligatures, déchets végétaux, rouille ; l’eaustagnante doit être évacuée.

Chapitre • Les bétons courants2

86

– coffrages tunnels pour les programmes d’unecertaine ampleur (plus de 50 logements) utilisantune trame déterminée ;– banches support de prédalles, etc.

L’acier donne au béton une surface lisse. Laconductibilité de l’acier favorise la dissipation dechaleur due à l’hydratation du ciment ; c’est un cri-tère favorable par temps chaud. À l’inverse, partemps froid, le béton est moins bien protégécontre des chutes de température, ce qui peutalors nécessiter un calorifugeage du coffrage.Compte tenu de sa rigidité, ce type de coffrage estbien adapté à la vibration externe du béton.

Les coffrages en matériaux de synthèse

Les matériaux de synthèse sont surtout utiliséspour réaliser la peau du coffrage : ils apportent unebonne qualité de parement et se démoulent facile-ment. Ce type de coffrages est intéressant pourl’obtention de reliefs variés, grâce à des matricesthermoformées en PVC ou en polyéthylène, ou àdes matrices sculptées en polystyrène expansé. Leplastique est également utilisé pour la réalisationde coffrages modulaires de petites dimensions (0,5à 1 m2) manipulables à la main.

D’un assemblage facile, les éléments sont bienadaptés aux petits chantiers, où leur souplessed’emploi est appréciée par l’artisan qui peut réaliserles différents ouvrages sans engin de manutention.

Coffrage tunnel demi-coquille.

Coffrage transportable modulaire en plastique moulé.

Page 86: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

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La préparation de la surface

Après nettoyage et enlèvement de toute trace debéton adhérent, le produit de démoulage doit êtreappliqué de façon régulière sur toute la surface,sans excès.

2.8.5 - Les produits de démoulage

Pour limiter les phénomènes d’adhérence, on utilisedes produits de démoulage qui ont plusieurs fonc-tions : protéger la surface coffrante en vue de sonréemploi, faciliter l’entretien du coffrage, limiterl’oxydation et la corrosion des coffrages métal-liques, imperméabiliser les coffrages à base de bois.

Les produits de démoulage, qui étaient à l’origineessentiellement des huiles minérales, se sont beau-coup développés et diversifiés. On trouve aujour-d’hui des émulsions, des résines, des cires et desagents chimiques qui s’opposent aux réactions deliaison à l’interface béton/coffrage. Le choix duproduit de démoulage et sa bonne application ontune grande influence sur la qualité du parement,en particulier sur la teinte et le bullage. Les pro-duits de démoulage doivent aussi :– ne pas adhérer au béton après sa prise, ni le

tacher ou l’altérer ;– permettre l’application ultérieure de revête-

ments (carrelage, peinture) sans nuire à leuradhérence.

L’application du produit de démoulage à la brosseou par pulvérisation doit être faite de façon uni-forme, en un film mince, sans défaut ni excès. Lescoffrages bois doivent être humidifiés avant emploi.

Incidences des principaux paramètre liés aux coffrages et aux produits de démoulage sur la qualité du béton

Paramètres Conséquences Dispositions à prévoir

Les coffrages Rigidité insuffisanteNon respect des tolérances dimensionnelles, Conception : raidisseurs de coffrages

ségrégation et bullage et épaisseur de la peau

Défaut détanchéité Nids de cailloux par départ d’eau ou de laitanceEmboîtement des panneaux

Bandes de joints et couvre joints étanches, mastics, etc.

– à surface Peaux de absorbante

Teinte du béton plus foncée Saturation en eau du coffrage

coffrage – à surfaceProduits de démoulage imperméabilisant

oxydée Taches, trace de rouille Nettoyage. Produit de démoulage anticorrosion

Les produits Répartition inégale Variations de teinte Soin dans l’application, surtout sur les parties verticales

de démoulages Excès Taches sur le béton Emploi de produits se fixant mieux sur les parois :

Parties non traitées Arrachement au décoffrage cires, agents chimiques de démoulage

La complexité de certains ouvrages fait appel à des coffrages-ébénisterie, des coffrages métalliques structurés ou des coffrages de très grandes dimensions.

Page 87: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Chapitre • Les bétons courants2

88

2.9.1 - Le rôle de la vibration

La vibration appliquée au béton frais a pour fonc-tion de favoriser l’arrangement des grains qui sontles constituants du béton. Son rôle est double :– la mise en place est facilitée : remplissage des

moules, enrobage des armatures ;– le béton obtenu présente une compacité plus

forte, avec moins de vides d’air (effets de serrage).Par voie de conséquence, il est possible de fairedes bétons avec un taux d’eau de gâchage plus fai-ble, ce qui a pour effet de diminuer leur porosité,d’accroître leurs caractéristiques mécaniques etleur durabilité et d’améliorer leur aspect de surface.

2.9.2 - Comment agit la vibration?

Il ressort des recherches conduites sur ce sujet, quela vibration transmise aux différents grains consti-tuant le béton, se traduit par un déplacement deceux-ci, selon un mouvement alternatif rapide etde faible amplitude. Ces mouvements internesdéveloppent des forces facilitant l’arrangementoptimal des grains. Sous l’effet de forces dues à lapesanteur et à la pression exercée par la masse dubéton, les grains tendent alors à adopter unedisposition plus compacte, les grains les plus finss’insérant entre les plus gros.

Soumis à la vibration, le béton se comporte commeun corps plastique caractérisé par une certaine vis-cosité et dont l’abaissement du seuil de cisaille-ment (valeur minimale de la force assurant ledéplacement d’une surface par rapport à une autredans un fluide plastique) facilite l’écoulement. Lorsde la vibration, l’énergie absorbée par le béton estd’autant plus grande que sa structure est plusaérée, les bulles d’air jouant un rôle d’amortisseur.

On constate autour d’une aiguille vibrante plongéedans le béton, une succession de zones concen-triques :– la zone périphérique déjà serrée et désaérée ;– une zone en cours de plastification qui absorbe latotalité de l’énergie au fur et à mesure qu’on s’é-loigne de la source vibratoire ;– une zone qui ne reçoit pratiquement pas d’éner-gie.

Les deux premières zones constituent le rayond’action de l’aiguille vibrante.

2.9 La vibration du béton sur chantier

L’aiguille vibrante : un matériel devenu d’utilisation courante.

Différentes zones dans un béton soumis à l’action d’une aiguille vibrante.

Page 88: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

l’hydratation du ciment, mais sert uniquement àrendre le béton plus plastique. Une vibration adap-tée permet donc la mise en place efficace debétons fermes contenant peu d’eau et, qui, une foisdurcis, ont l’avantage d’avoir une faible porosité.

Sur le béton durci

Les effets de la vibration sur le béton frais se tra-duisent, pour le béton durci, par des caractéris-tiques améliorées :– une porosité réduite par l’effet cumulé du ser-rage, du départ de l’air et de la réduction d’eaunécessaire pour assurer la maniabilité du béton ;– une homogénéité améliorée par une vibrationtransmise à la totalité de sa masse ;– un enrobage efficace des armatures.

2.9.4 - Les paramètres de la vibration

Énergie

L’énergie transmise au béton par le vibrateur estproportionnelle à la masse du balourd en rotation,à son excentricité et au carré de sa vitesse. Ellecaractérise l’efficacité d’un appareil et doit être laplus élevée possible, tout en restant compatibleavec la taille du vibrateur.

Fréquence

La fréquence optimale varie suivant la taille des gra-nulats. Une fréquence basse (environ 10000 vib./mn)favorise la vibration des gros granulats, une fré-quence élevée (environ 20000 vib./mn) celle deséléments plus fins.

Amplitude

C’est un paramètre qui détermine en particulier ledéplacement des constituants du béton durant unedemi-vibration, mais sa mesure est délicate.

On peut cependant dire qu’une trop forte ampli-tude favorise la ségrégation, surtout avec un bétonmou. On a donc intérêt à la limiter et à privilégierl’augmentation de la fréquence.

89

2.9.3 - Les effets de la vibration

Sur le béton frais

Expulsion de l’air

L’abaissement des forces de frottement (effet deliquéfaction du béton) rend prédominantes les for-ces de gravité. L’air, qui a une densité très faiblepar rapport à celle du milieu environnant, se trouvepar contre soumis à une force ascensionnelleimportante, qui tend à le faire remonter à la sur-face. Ce phénomène est nettement visible lors dela vibration. L’arrêt du dégagement d’air marque lemoment où la vibration n’a plus d’effet sur le ser-rage du béton et peut même devenir néfaste enprovoquant la ségrégation des granulats pluslourds par rapport à la laitance de ciment pluslégère. Ce phénomène se trouve inversé avec lesgranulats légers qu’un excès de vibration peut faireremonter à la surface.

Amélioration de la maniabilité

La vibration a pour effet d’améliorer la viscosité dubéton ; il y a donc tout intérêt à réduire l’eau degâchage, (par exemple en utilisant un adjuvant)dont une partie importante n’est pas nécessaire à

Sous l’effet de l’aiguille vibrante, l’air contenu dans le béton remonte à la surface.

Page 89: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Durée

La durée de vibration est importante, car si elle esttrop courte, le béton est insuffisamment serré, sielle est trop longue, elle peut entraîner une ségré-gation de ses constituants.

Les effets de la vibration en fonction du temps secaractérisent par une action rapide qui diminue trèsvite, une fois obtenus l’arrangement des grains etl’expulsion de l’air. À titre indicatif, les tempsnécessaires à la vibration d’un volume de béton (enpervibration, c’est-à-dire le temps où l’aiguille estlaissée au même emplacement) sont de l’ordre de :– 5 secondes pour les bétons mous ;– 20 secondes pour les bétons plastiques ;– 1 minute pour les bétons fermes.

2.9.5 - Les matériels de vibration

Les matériels de vibration se répartissent en deuxcatégories principales :– ceux qui fournissent une vibration interne au

béton (ou pervibration) – le vibrateur agit direc-tement au sein du béton ;

– ceux qui apportent une vibration externe – levibrateur agit sur le béton par l’intermédiaired’un coffrage ou d’une poutre.

Les vibrateurs internes

Simples et efficaces, couramment utilisés sur chan-tier, ils sont appelés aiguilles vibrantes et sontconstitués par un tube métallique dans lequel larotation d’une masselotte excentrée produit lavibration. Différentes formes d’énergie sont utili-sées qui conduisent à des conceptions différentes :pneumatique, électrique, thermique.

Le diamètre des aiguilles usuelles varie de 25 à100 mm. Leur fréquence est comprise entre10000 et 20000 vib./mn. Indépendamment dufait qu’une aiguille doit être choisie en fonction desa masse qui la rend plus ou moins manœuvrableet d’un diamètre compatible avec l’espacement

des armatures entre lesquelles elle doit pouvoirfacilement se positionner, les principaux critères dechoix restent le volume du béton à vibrer et sa gra-nulométrie.

Les aiguilles de 25 à 70 mm sont plutôt utiliséespour des volumes de béton n’excédant pas 10 m3

et dont le diamètre des plus gros granulats est infé-rieur à 25 mm. Les aiguilles de plus de 70 mm sontutilisées pour des volumes de 10 à 30 m3 de bétonavec de fortes granulométries.

Les vibrateurs externes

Nous ne traitons pas des tables vibrantes, dont l’u-sage est réservé à la préfabrication. Sont utilisés surles chantiers, les vibrateurs de coffrages et lesvibrateurs de surface.

Les vibrateurs de coffrages

De même que les aiguilles, les vibrateurs de coffra-ges utilisent le principe de la vibration produite parla rotation d’une masselotte excentrée. Fixés surles coffrages, les vibrateurs imposent que ceux-cisoient suffisamment lourds et rigides pour ne passe déformer et transmettre la vibration de façonhomogène.

La fréquence de vibration des vibrateurs élec-triques est le plus souvent de 3000 ou 6000vib./mn. Les vibrateurs pneumatiques atteignentdes fréquences plus élevées : entre 10000 et15000 vib./mn. La profondeur de béton intéressée

Chapitre •2

90

Les bétons courants

Schéma d’un vibrateur électrique : le moteur d’entraînement est logédirectement dans le corps de l’aiguille.

Page 90: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

par la vibration ne dépassant pas généralement 20 à 25 cm, ce type de vibrateur est réservé à des pièces d’épaisseur moyenne : murs, voiles,poteaux, poutres.

Les vibrateurs de surface

Les vibrateurs de surface permettent de transmet-tre la vibration à partir d’une règle ou d’une poutredéplacée sur la surface du béton. Le vibrateur estfixé sur la règle qui doit présenter une rigidité etune inertie suffisantes. Ce type de vibration estréservé aux dalles, aux voiries en béton et, defaçon générale, à tout élément horizontal de faibleépaisseur (15 à 20 cm au maximum).

2.9.6 - Les règles de bonne pratique

Les règles de bonne pratique concernent essentiel-lement le temps de vibration et les emplacementsdes vibrateurs et leurs fréquences. Le temps devibration lié à la nature du béton (granulométrie,consistance), au volume à vibrer, à la densité deferraillage, varie également en fonction du type devibrateurs et de leur puissance. Certains indicespermettent d’apprécier le moment requis pourarrêter la vibration :– le béton cesse de se tasser ;– le dégagement de bulles d’air s’arrête ;– la laitance apparaît en surface.

La vibration interne

L’emploi des aiguilles vibrantes requiert quelquesprécautions :– vibrer des couches successives ne dépassant pas

40 à 50 cm d’épaisseur et, en tout état de cause,d’épaisseur inférieure à la longueur de l’aiguillevibrante utilisée ;

– faire pénétrer l’aiguille dans la couche sous-jacente sur environ 10 cm;

– laisser l’aiguille s’enfoncer sous son propre poidset, lors de sa sortie du béton, laisser la cavité serefermer ;

– éviter de s’approcher des armatures et du cof-frage, ce qui risquerait de provoquer des pare-ments d’aspect hétérogène ;

– déplacer l’aiguille tous les 30 à 50 cm (soit envi-ron 1,5 fois son rayon d’action) pour les aiguillescourantes de 50 à 75 mm de diamètre.

La vibration externe

L’emplacement des vibrateurs et le temps devibration sont plus délicats à déterminer, car lesparamètres sont nombreux : la nature du moule oudu coffrage, la forme de la pièce, le volume dubéton et sa composition. L’expérience, des essaispréalables, ainsi que l’assistance des fabricants devibrateurs sont le plus souvent nécessaires pourobtenir les meilleurs résultats.

Conclusion

La vibration est un moyen efficace de mise enplace du béton qui permet en même temps delimiter sa teneur en eau et d’augmenter ses carac-téristiques finales par diminution de la porosité.

Il ne faut cependant jamais perdre de vue que l’onne peut obtenir un bon béton en vibrant un mélangemal formulé et que la vibration doit être adaptée àla composition du béton et aux caractéristiques del’ouvrage.

La vibration doit être appliquée à la totalité duvolume de béton et d’une manière uniforme, souspeine d’entraîner des hétérogénéités, tant auniveau de la porosité et de l’enrobage des armatu-res qu’au niveau de l’aspect du parement.

91

Vibrateur de coffrage :l’appareil et son utilisation sur chantier in situ.

Page 91: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

93

Chapitre3 Les bétonsaux nouvellesperformances

3.1 Introduction

3.2 Les Bétons à Hautes Performances – BHP

3.3 Les bétons autoplaçants – BAP

3.4 Les bétons fibrés

3.5 Les Bétons Fibrés à Ultra hautesPerformances – BFUP

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Né avec le xxe siècle, le béton, matériau jeune, aconnu ces vingt dernières années des développe-ments considérables. Il a profité en particulier desévolutions de la chimie minérale et organique et del’amélioration des outils de production. Au-delàdes progrès constants du matériau, (sur son ouvra-bilité, ses performances mécaniques et sa durabi-lité), les recherches sur les nouveaux bétons sesont considérablement accélérées depuis 10 ans etont abouti aujourd’hui aux solutions les plus inno-vantes tant en termes de conception que de miseen œuvre et d’esthétisme. Les bétons sont deve-nus les matériaux de la modernité et de l’innova-tion. L’étendue de leurs performances physiques,mécaniques et esthétiques s’élargit sans cesse.

Les qualités initiales de résistances mécaniques sesont déclinées, différenciées. Les bétons s’adaptentdésormais à toutes les exigences des concepteurs,aux contraintes des chantiers et aux agressions del’environnement. Au fil des années, les caractéris-tiques du béton se sont complexifiées pour répon-dre à des utilisations de plus en plus diversifiées, àdes résistances toujours plus importantes, à des exi-gences de durabilité plus fortes, à des contraintesesthétiques et à de nouvelles exigences de mise enœuvre (maîtrise de la rhéologie, pompabilité, etc.).

Le béton, composé essentiellement de constituantsminéraux, offre des qualités intrinsèques : durabi-lité, comportement mécanique et résistance auxagressions chimiques, tenue au feu, qualités acous-tiques, diversité des formes, des couleurs et desaspects, qui sont les garants d’ouvrages pérennes,efficaces, écologiques, économes et harmonieux.

Les progrès dans la compréhension scientifiquedes mécanismes de prise et de durcissement, lesrecherches sur l’optimisation des empilements gra-nulaires et les mécanismes de défloculation ontpermis de bouleverser les connaissances sur larhéologie des bétons frais et la durabilité desbétons durcis. Elles ont débouché sur la mise au

point d’une gamme de BÉTONS AUX NOUVELLESPERFORMANCES. Les résistances, la durabilité,l’ouvrabilité et les qualités esthétiques ont enregis-tré des avancées considérables.

DES BHP… (Bétons à Hautes Performances)

Les recherches sur l’amélioration des résistancesmécaniques ont abouti à la mise au point debétons : les BHP (Bétons à Hautes Performances)bétons très compacts utilisés pour leurs résistancesélevées aussi bien à court terme qu’à long terme etleur durabilité exceptionnelle.

AUX BAP… (Bétons autoplaçants)

Les travaux menés sur l’ouvrabilité des bétons ontpermis la mise au point de bétons dits autopla-çants, bétons très fluides, homogènes et stables.Cette nouvelle famille de bétons a été développéeafin d’obtenir un matériau facile à mettre en œuvre,sans faire appel à la vibration ce qui présente denombreux avantages sur les chantiers et en usinesde préfabrication, tant au niveau de la diminutiondes nuisances sonores que de l’amélioration desconditions de travail du personnel. Les BAP sontparticulièrement adaptés pour les ouvrages degrande hauteur ou de forme complexe et pour leséléments très ferraillés. Ces nouveaux bétons per-mettent d’obtenir des gains de productivité consi-dérables et offrent de très bons résultats en matièrede qualité esthétique des parements.

AUX BÉTONS FIBRÉS… ET AUX BFUP

Issus des bétons fibrés, les BFUP (Bétons Fibrés àUltra Hautes Performances), aux propriétés méca-niques extraordinaires, laissent libre cours à l’ima-gination des architectes pour créer des structuresallégées et élégantes. Leurs très hautes résistancesà la compression et à la traction par flexion offrentde nouvelles possibilités constructives. La variétéde leurs applications ne dépend plus que de l’in-géniosité des concepteurs.

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Les bétons aux nouvelles performances

3.1 Introduction

Page 93: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Les recherches en matière d’optimisation de for-mulation des bétons de ces dernières années per-mettent d’offrir des matériaux aux propriétésadaptables aux contraintes des chantiers et auxspécificités des ouvrages.

Consistance des bétons fraisIl est possible d’obtenir des bétons très fluides (casdu béton autoplaçant) ou au contraire avoir desbétons à très hautes performances très fermes.

Propriétés mécaniquesRésistance à la compression, résistance au trèsjeune âge, résistance en traction, aptitude à résisterà la fissuration, etc.

DurabilitéLa recherche d’une grande durabilité face auxagressions de l’environnement est un souci per-manent.

Aspects esthétiquesIls peuvent se créer au niveau de la micro-rugositéde surface, de la teinte, de la texture et ils sontdéclinés par une multitude de traitements de sur-face.

Les BHP, les BAP, les BÉTONS FIBRÉS et les BFUPsont les bétons de demain, ils s’imposent progres-

sivement. D’ici dix ans ces nouveaux bétons serontutilisés sur la grande majorité des chantiers.

Ces nouveaux bétons sont une réponse :– aux préoccupations environnementales ;– aux nouvelles exigences des normes européen-

nes qui mettent en valeur l’importance de ladurabilité des ouvrages ;

– aux soucis d’amélioration des conditions de travailet de sécurité sur les chantiers et dans les usines ;

– aux besoins des maîtres d'ouvrage vis-à-vis de lagestion durable du patrimoine ;

– aux exigences techniques et esthétiques desmaîtres d’ouvrage, des maîtres d’œuvre et desarchitectes ;

– aux nécessités des gestionnaires d’ouvrages delimiter les coûts de maintenance et de répara-tions et de réduire les gênes aux usagers ;

– aux contraintes économiques des entreprises ;– aux demandes croissantes de nos concitoyens

pour l’amélioration de leur cadre de vie et deleur confort.

Avec le béton, matériau du quotidien minéral etrecyclable, les solutions constructives répondent àtoutes les exigences en matière de sécurité, d’es-thétisme et de durabilité et offrent de nouvellespotentialités d’expression et de créativité auxingénieurs comme aux architectes.

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Page 94: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Les Bétons à Hautes Performances (BHP) ont d’abordété utilisés pour leur haute résistance. Cette carac-téristique facilement mesurable a fait des progrèsspectaculaires à partir des années quatre-vingt. Elleest passée de 30/35 MPa à plus de 100 MPa pourles bétons à très hautes performances, voire plus(150 à 200 MPa pour des bétons fibrés à ultra hau-tes performances, BFUP).

Les gains de résistance ne sont pas les seuls avan-tages de ces bétons qui tirent leurs propriétés deleur microstructure très dense, d’une forte réduc-tion de leur porosité et d’un réseau capillaire nonconnecté.

Ces bétons sont, en fait, des matériaux à très hautecompacité.

Les BHP sont également, du fait de leur porositéextrêmement réduite, plus résistants aux agentsagressifs et, de façon générale, présentent unedurabilité accrue. Ils permettent d’optimiser lesstructures, de réaliser des ouvrages soumis à descontraintes élevées ou subissant un environnementsévère (climat, agressions marines, effets du gel,attaques acides, etc.)

Hautes performances signifient aussi facilité demise en œuvre et souplesse d’adaptation auxcontraintes d’exécution des ouvrages. En effet, lesBHP offrent aussi des résistances exceptionnelles àl’état frais (rhéologie, pompabilité, etc.) et des per-formances aux jeunes âges, ce qui permet parexemple d’accélérer les cadences de fabrication enusine ou sur chantier ou de pomper le matériau surde longues distances. Ils confèrent une pérennitéarchitecturale aux ouvrages et augmentent consi-dérablement leur durabilité en réduisant corrélati-vement les frais de maintenance et d’entretien. Lesclefs de ces performances sont :– la réduction de la quantité d’eau opérée par l’a-

jout de superplastifiants ;– l’optimisation de la répartition granulométrique

des composants.

Cette optimisation de leurs performances est due, enparticulier, aux récentes évolutions technologiquesdes adjuvants qui permettent des formulationsavec une forte réduction du dosage en eau tout enconservant une maniabilité adéquate et à l’utilisa-tion complémentaire éventuelle d’ultrafines quicomplètent les vides du squelette granulaire entreles grains de ciment et améliorent la compacité.

Les BHP ont été d’abord employés pour la réalisa-tion de structures exceptionnelles. Les ouvrages d’artont constitué, historiquement en France, un domained’application privilégié des BHP. Ils ont ensuite,pour les ouvrages exceptionnels, fait leurs preuvessur de nombreuses réalisations. Ils sont utilisésdepuis de nombreuses années en préfabrication.

Chapitre •3

96

Les bétons aux nouvelles performances

3.2 Les Bétons à Hautes Performances – BHP

Page 95: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Grâce à une approche volontariste de la part del’ensemble des acteurs de la construction, leurs uti-lisations se banalisent depuis plusieurs années envalorisant toutes leurs propriétés physico-chi-miques sur des ouvrages courants de toute sorte.Leur intérêt économique a été clairement mis enlumière lors de réalisation de nombreux ouvrages.

Les BHP ont rapidement démontré qu’ils permet-taient d’offrir un potentiel de progrès extraordi-naire pour la construction de bâtiments et destructures de génie civil. Ils sont désormais valori-sés par d’autres performances que la simple résis-tance mécanique, telles que la rhéologie à l’étatfrais, la durabilité à long terme et l’esthétisme desstructures. Ce concept de valorisation des perfor-mances du béton autre que la résistance méca-nique est à la base du développement de tous lesbétons modernes (BAP, BFUP, etc.).

3.2.1 - Définition des BHP

Les Bétons à Hautes Performances (BHP) se carac-térisent par :– une résistance à la compression à 28 jours supé-

rieure à 50 MPa sur cylindre ;– un rapport Eau efficace/liant équivalent inférieur

à 0,4.Ils présentent une microtexture très dense et unefaible porosité et sont donc très résistants à lapénétration d’agents agressifs.

NotaLa norme NF EN 206-1 bétons (spécifica-tions, performances, production et confor-mité) définit les bétons à haute résistance :« béton appartenant à une classe de résis-tance à la compression supérieure àC50/60, s’agissant de béton de masse volu-mique normale ou de béton lourd, et supé-rieure à LC 50/55, s’agissant de béton léger ».

3.2.2 - Formulation, constituants et essais

La recherche des hautes performances passe par laréduction de la porosité du béton durci, c’est-à-dire de son pourcentage de vides. En effet, lesdimensions et les volumes des pores capillairessont les principaux paramètres qui régissent lesrésistances mécaniques du béton et les propriétésde transfert déterminantes pour la durabilité.

L’optimisation de la formulation d’un BHP consisteà diminuer la porosité de la matrice cimentaire et àoptimiser le squelette granulaire.

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Béton courant

BHP

Le BHP présente, à l’échelle microscopque, une structure plus fermée qu’un béton courant (grossissement x 5 000).

Page 96: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

NotaDes outils spécifiques de contrôle ont étédéveloppés pour faciliter la formulationdes BHP : méthode des coulis AFREM,méthode MBE (Mortier de Béton Équiva-lent), Rhéomètre, logiciel BETONLAB.

Chapitre •3

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Les bétons aux nouvelles performances

La formulation d’un BHP suit les trois princi-pales étapes suivantes :

> Détermination d’une formule théorique prévisionnelle :

– sélection des constituants en fonction de l’expérience locale ;

– détermination des proportions des constituants ;

– optimisation du squelette granulaire.

> Optimisation du mélange en laboratoire :

– validation de la compatibilité ciment / adjuvant ;

– ajustement de la quantité de pâte et de l’adjuvantation ;

– vérification du comportement rhéologique du béton frais ;

– analyse de la sensibilité de la formule auxvariations des dosages des divers consti-tuants ;

– analyse de la sensibilité de la formule auxconditions climatiques possibles lors de lamise en œuvre (température).

> Validation de la formule en centrale :

– vérification du comportement rhéologiquedu béton frais ;

– vérification des éventuelles spécifications complémentaires telle que la pompabilité ;

– vérification des caractéristiques du béton.

LES ÉTAPES DE LA FORMULATION

Page 97: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Deux voies sont généralement associées pouroptimiser la formulation d’un BHP.

> Défloculation des grains de ciments et réduction de la teneur en eau

L’emploi des superplastifiants permet une réduc-tion de la teneur en eau du mélange à consistanceégale (entraînant la suppression d’un volumeimportant d’eau non mobilisée par l’hydratationdu ciment). Les rapports E/C sont de l’ordre de0,35 au lieu de 0,45 à 0,50 pour un béton usuel(soit une réduction de la teneur en eau de plusde 30 %).

Les superplastifiants s’opposent à la floculationdes grains de ciment en suspension dans l’eau, ce qui augmente leur réactivité, facteur de résis-tance à court terme. Ils permettent une réduc-tion sensible de l’eau de gâchage (une partie del’eau n’est plus piégée dans les flocs de ciment)tout en garantissant une ouvrabilité satisfai-sante, une amélioration de la fluidité et unediminution très importante de la porosité dubéton à l’état durci.

> Optimisation du squelette et de l’empilementgranulaire

Chaque classe granulaire est adaptée afin d’obtenir un mélange à très haute compacité (les éléments fins remplissant les espaces entreles plus gros granulats). Des mélanges optimums de grains (s’appuyant généralement sur quatreniveaux de taille de grain) permettent d’obtenirla porosité minimum du squelette granulaire.

Les performances des BHP peuvent encore êtreaugmentées par l’optimisation du mélange granulaire grâce à l’ajout de particules ultrafi-nes, le plus souvent à caractère pouzzolanique.Elles ont une action sur la granulométrie dumélange, en comblant les microvides intergranu-laires et en densifiant l’interface pâte de ciment-granulat. Elles augmentent la compacité dumélange et améliorent sa rhéologie à l’état frais.Les ultrafines les plus utilisées sont les fumées desilice. Elles présentent également une réactivitéavec la chaux libre, liée à leur caractère pouzzo-lanique ce qui accroît les résistances mécaniques.

Cette optimisation du squelette granulaire per-met aussi de réduire la teneur en eau.

L’OPTIMISATION DE LA FORMULATION D’UN BHP

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Page 98: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

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Les bétons aux nouvelles performances

> PONT DE JOIGNYsans fumée de silice

> VIADUC DU CROZETavec fumée de silice

> PONT DE JONCHEavec fumée de silice

> PONT RAIL TGV MÉDITERRANÉEsans fumée de silice

QUELQUES EXEMPLES DE FORMULATION POUR 1 m3 DE BHP

CEM I 52,5 450 kgGranulat 6/20 1027 kgSable 0/4 648 kgSablon 105 kgEau 160 lSuperplastifiant 11,25 kgRetardateur 4,50 kg

CEM I 52,5 PMES 385 kgGravillon 5/12 363 kgGravier 12/20 694 kgSable 0/5 785 kgFumée de silice 31 kgEau 140 lSuperplastifiant 1,2 %

CEM I 52,5 420 kgFumée de silice 35 kgGravillon 6/10 250 kgGravillon 10/14 730 kgSable 0/4 660 kgSablon 0/1 140 kgEau 152 lSuperplastifiant 1,73 %

CEM I 52,5 R CP2 425 kgGravillon 12,5/20 655 kgGravillon 4/12,5 500 kgSable 0/4 760 kgEau 140 lSuperplastifiant 1,4 %

La fumée de silice est un produit minéralamorphe obtenu essentiellement lors de lafabrication du silicium et de ses alliages.

Le silicium est obtenu par réduction duquartz en présence de carbone à 2000 °Cdans des fours à arc électrique.

Les fumées contiennent du monoxyde gazeux(SiO) qui s’oxyde et se condense en particulesvitrifiées amorphes extrêmement fines.

Ces particules sont lisses et sphériques(100000 billes de fumées recouvrent entière-ment un grain de ciment).

Leur couleur est le plus souvent gris clair.

LES FUMÉES DE SILICE

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3.2.3 - Spécifications sur les constituants

Les constituants du BHP font l’objet des principalesspécifications suivantes.

• Ciments : conformes à la norme NF EN 197-1de types CEM I ou CEM II ou CEM III et de classes de résistanceconseillées 42,5 ou 52,5 (N ou R).

• Granulats : conformes à la norme NF EN 12620« Granulats pour bétons » et à lanorme XP P 18-545 (article 10 :« granulats pour bétons hydrau-liques »).

• Additions : conformes aux diverses normes envigueur – cendres volantes silico-alumineuses, laitiers de haut four-neau, fillers calcaires, filler siliceux,éventuellement ultrafines (fuméesde silice).

• Adjuvants : plastifiants réducteur d’eau etsuperplastifiants haut réducteurd’eau conformes à la norme NF EN 934-2.

3.2.4 - Avancées récentes

Les recherches menées, cette dernière décennie,en particulier dans le cadre du PROJET NATIONALBHP 2000 ont permis :– la validation, la confirmation et l’appréciation de

la durabilité des BHP (mise au point d’essai demesure de la porosité, de la profondeur de car-bonatation, de la pénétration des chlorures, etc.) ;

– la mise au point de nouveaux constituants adap-tés aux BHP (fumées de silice, adjuvants de nou-velle génération, etc.) ;

– l’évolution dans la méthodologie et la maîtrisedes formulations des BHP.

Les résultats de ces recherches se sont concré-tisés par :– la reconnaissance officielle des BHP dans les

règles de calcul BAEL et BPEL (ces règles couvrent

l’usage des BHP jusqu’à des résistances atteignant80 MPa) puis actuellement dans les normes euro-péennes de dimensionnement (les EUROCODES);ces nouvelles règles permettent de prendre encompte les propriétés mécaniques des BHP dansla conception et le calcul des structures ;

– la prise en compte des BHP dans le Fascicule 65 A;– la mise à disposition et la généralisation des BHP

dans le réseau des centrales BPE ;– la réalisation très courante, dans les usines de

préfabrication, de produits préfabriqués en béton(en BHP armé ou précontraint).

NotaL’additif au fascicule 65 A « Exécution desouvrages de Génie Civil en béton armé ouen béton précontraint » précise, chapitre 2,des recommandations sur le choix descomposants, sur les techniques de fabrica-tion et de mise en œuvre des BHP.

3.2.5 - Propriétés physico-chimiqueset mécaniques des BHP

Les diverses propriétés des BHP découlent de leurfaible porosité, gage de durabilité.

Résistances mécaniques

Les BHP présentent des résistances en compres-sion importantes aux jeunes âges, compte tenu dela rapidité de la cinétique de montée en résistance,et très élevées à long terme (avec une montée enrésistance se poursuivant au-delà de 28 jours).

Un BHP de 60 MPa à 28 jours peut offrir des résis-tances mécaniques de 15 MPa à 24 heures, voiredavantage, et 40 MPa à 7 jours. Le gain est aussiimportant en termes de résistance en traction ouau cisaillement.

NotaLes règles BAEL définissent la résistancecaractéristique à la traction, à partir de larésistance à la compression, par les formu-les suivantes :ftj = 0,6 + 0,06 fcj si fcj < 60 MPaftj = 0,275 fcj

2/3 si 60 ≤ fcj ≤ 80 MPa

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Page 100: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Module d’élasticité

Le module d’élasticité des BHP est supérieur àcelui des bétons traditionnels.

NotaLes règles BAEL fournissent une expres-sion qui permet d’évaluer la valeur dumodule Ei, en fonction de la résistance à lacompression par la formule :Eij = 11000 fcj

1/3

Retrait

Le retrait total du BHP est globalement identique àcelui d’un béton traditionnel mais avec une ciné-tique différente (il se produit plus tôt et se déve-loppe principalement pendant les premiers joursaprès le coulage).

Le retrait de dessiccation à l’état durci est plus fai-ble compte tenu du faible dosage en eau. Le retraitendogène (ou d’autodessication), compte tenu dela finesse de la microstructure et de la forte réduc-tion du rapport E/C, est d’un coefficient plus élevé(150 à 250 x 10-6) pour un BHP que pour un bétontraditionnel (60 x 10-6). Le retrait d’autodessicationest d’autant plus précoce et élevé que le rapportE/C est faible.

NotaLes BHP sont susceptibles de dessiccationprécoce à l’état frais. Il est donc indispen-sable de mettre en œuvre immédiate-ment après le bétonnage une cure adaptéeet soignée.

Fluage

Les BHP présentent un fluage (déformation différéesous chargement permanent) plus faible que lesbétons traditionnels (surtout avec des formulationsà base de fumées de silice). La cinétique de fluagepropre est très rapide (le fluage est accéléré et semanifeste dés les jeunes âges du béton) et se sta-bilise plus vite. Le fluage de dessiccation est trèsfaible. Le fluage est d’autant plus faible que la résis-tance en compression est plus élevée.

NotaDans les règles BAEL, le coefficient defluage à prendre en compte est fonction de la présence de fumées de silice. Il estégal à :– 0,8 pour les BHP avec fumée de silice ;– 1,5 pour les BHP sans fumée de silice.Ce coefficient de fluage est égal à 2 pourles bétons traditionnels.

Dans les structures précontraintes, l’utilisation deBHP permet de réduire les pertes de précontrainteassociées aux déformations différées du béton. Cefaible fluage permet d’augmenter l’efficacité de laprécontrainte et de faciliter le contrôle géomé-trique des ouvrages.

L’utilisation de BHP avec fumée de silice conduitdonc à des réductions de déformations différées etdes redistributions d’efforts plus faibles.

Imperméabilité

Leur faible porosité capillaire confère aux BHP unetrès faible perméabilité.

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Les bétons aux nouvelles performances

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Résistance aux agents agressifs

La faible perméabilité des BHP leur confère unebonne résistance à la pénétration et au transfertdans la masse du béton des agents agressifs enphase gazeuse ou liquide (eaux de mer, eaux sul-fatées, solutions acides, dioxyde de carbone, etc.).

NotaCette résistance des BHP aux agressionschimiques est valorisée, en particulier,dans les ouvrages d’assainissement et lesouvrages situés dans les milieux agricolesou industriels.

Migration des ions chlorure

Le Projet national BHP 2000 a clairement démon-tré que la résistance des BHP à la migration desions chlorures est largement supérieure à celle desbétons courants, grâce à sa microstructure plusdense. C’est un des points forts du BHP vis-à-vis durisque de corrosion des armatures.

Tenue aux attaques gel/dégel

Les BHP, correctement formulés, résistent aux cyclesgel/dégel grâce à leur forte compacité et à leur résis-tance mécanique élevée. Ce bon comportementdes BHP aux cycles gel/dégel a été mis en évi-dence dans le cadre du projet national BHP 2000.

Le guide LCPC « Recommandations pour la durabi-lité des bétons durcis au gel » spécifie, chapitre 3.2,les principales recommandations spécifiques à l’élaboration des BHP et explicite la démarche àsuivre pour formuler des BHP résistant au gelsévère et à l’écaillage et satisfaire la durabilité auxcycles gel-dégel en présence ou non de sels dedéverglaçage.

La faible perméabilité des BHP et le faible rapportE/C favorisent une résistance plus importante auxrisques d’écaillage en présence de sels de déver-glaçage.

Il est possible de formuler des BHP qui résistentbien aux cycles gel/dégel et à l’écaillage sansajouts d’entraîneur d’air. Lorsque le béton doitrésister à un gel sévère (forte saturation d’eau), l’u-tilisation d’un entraîneur d’air est généralementnécessaire si le E/C est supérieur à 0,32.

NotaLa tenue du béton durci aux effets dugel/dégel est validée par trois essais deperformance :– essai de gel dans l’eau – dégel dans l’air(norme NF P 18-425 pour les environne-ments de gel sévère et des bétons à satu-ration modérée ;– essai de gel dans l’eau – dégel dans l’eau(norme NF P 18-424) pour les environne-ments de gel sévère et des bétons à satu-ration en eau élevée ;– essai d’écaillage des surfaces de bétondurci exposées au gel en présence de selsde déverglaçage (norme NF P 18-420).Les deux premiers essais permettent dejustifier la résistance au gel interne, le troi-sième, la résistance à la dégradation desurface (écaillage).Les recommandations du LCPC concernentles bétons de résistances caractéristiques à28 jours supérieures ou égales à 50 MPaformulés avec ou sans entraîneur d’air. Cesrecommandations distinguent deux clas-ses de BHP en fonction du rapport E/C :– classe 1 E/C ≥ 0,32 ;– classe 2 E/C < 0,32 ;et deux types de formulations :– béton formulé sans entraîneur d’air ;– béton formulé avec entraîneur d’air.

Tenue au feu

L’analyse du comportement au feu du BHP a faitl’objet d’un important programme de recherchedans le cadre du Projet National BHP 2000, visantà modéliser, en particulier, l’écaillage et les évolu-tions des performances mécaniques à très hautestempératures et étudier les solutions techniquespermettant de réduire les risques d’éclatement.

Ces essais ont permis de mettre en évidence l’intérêtde l’introduction de fibres de polypropylène (à desdosages de quelques kg/m3) pour réduire de façonefficace le risque d’écaillage des BHP (les fibres enfondant, vers 170 °C, constituent un réseau connectéde canaux rendant le matériau beaucoup plus per-méable, ce qui permet l’évacuation de la vapeur).

Carbonatation

De nombreuses études ont démontré que la dura-bilité des BHP vis-à-vis de la carbonatation est très nettement supérieure à celle d’un bétontraditionnel. En effet, le réseau poreux, peu connecté

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Les bétons aux nouvelles performances

limite la diffusion du gaz carbonique au sein de lamatrice cimentaire. La faible porosité initiale favo-rise le colmatage des pores lié à la formation descristaux de calcite. La progression de la carbonata-tion en profondeur est réduite, ce qui assure unemeilleure protection des armatures.

Adhérence acier-béton

La grande résistance mécanique du BHP et samicrostructure interne permettent de mobiliserune liaison supérieure entre les armatures en acieret le BHP et donc d’améliorer les qualités d’adhé-rence, ce qui permet une réduction des longueursd’ancrage et de scellement.

Réduction des flèches et des déformations des structures

Plusieurs propriétés, de nature soit rhéologique,soit mécanique, permettent de réduire les flècheset les déformations dans les structures et les dallesen BHP : résistance à la traction du béton plusgrande, module d’élasticité plus élevé, fluage plusfaible et adhérence acier-béton supérieure.

Propriétés thermiques

Les propriétés thermiques des BHP, telles queconductivité, diffusité, chaleur spécifique et coeffi-cient de dilatation ne diffèrent pas sensiblement decelles des bétons traditionnels.

3.2.6 - Performances des BHP

Des propriétés exceptionnelles à l’état frais

Les BHP présentent une fluidité, une ouvrabilité,une aptitude au pompage et un maintien de laplasticité dans le temps à l’état frais qui apportentde nombreux avantages lors de la mise en œuvre :– garantie d’un bon remplissage des moules et des

coffrages et de l’enrobage parfait des armatures ;– amélioration de l’écoulement du béton, en parti-

culier dans les zones très ferraillées ;– réduction du délai d’exécution de l’ouvrage et

gain de productivité ;– exécution de bétonnages complexes dans des

conditions d’accès difficiles.

Le BHP présente aussi :– une bonne stabilité à l’état frais, ce qui garantit

l’absence de ségrégation ;– une faible viscosité qui autorise le pompage sur

de longues distances.

Des performances élevées aux jeunes âges

Les caractéristiques physico-chimiques et la ciné-tique spécifique de durcissement des BHP, leurconfèrent des résistances mécaniques importantesaux jeunes âges (par exemple, 15 MPa à 12 heuresou 30 MPa à 24 heures), ce qui autorise :– des décintrements et des décoffrages rapides ;

Tableau extrait du guide pratique IREX à l’attention des bureaux d’études pour l’application des règles BAEL aux BHP.

Ordre de grandeur des principales caractéristiques des BHP

BHP BHPsans fumée de silice avec fumée de silice

Résistance en MPa

Compression sur cylindres 28 jours 60 80-901 jour 25 307 jours 50 75

Résistance en traction en MPa (28 jours) 4,2 5,5

Module d’élasticité (28 jours) 42000 52000

Coefficient de fluage 1,5 0,8

Eeff/Lianteq 0,38 0,34

Dosage en ciment en kg/m3 400 420

Teneur en fumée de silice (de % de ciment) – 8

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– l’optimisation des cycles de coffrage/décoffrageet des séquences de production ;

– des délais avant mise en tension des armaturesde précontrainte raccourcis ;

– la fabrication d’éléments préfabriqués, danscertains cas, sans utilisation de traitement ther-mique.

Il en résulte une simplification et une approche dif-férente de l’organisation des chantiers, une augmen-tation de la productivité et des gains significatifssur les délais de construction des ouvrages.

Des résistances mécaniques importantes à long terme

Les BHP offrent des performances mécaniques éle-vées à long terme en compression, traction, flexionet cisaillement. Ces performances se traduisent enparticulier par :– une résistance importante aux agents agressifs ;– un faible risque de corrosion des armatures ;– une forte résistance aux cycles de gel/dégel ;

– une faible perméabilité ;– une meilleure adhérence acier/béton ;– un fluage inférieur à celui des bétons traditionnels ;– une augmentation du module d’élasticité ;– une diminution des sections de béton.Ces gains de performance se traduisent par un coûtd’entretien réduit.

3.2.7 - Association de bétons et d’armatures à hautes performances

Une étude a été menée dans le cadre du PROJETNATIONAL BHP 2000, elle était destinée à validerles potentialités d’association des Bétons à HautesPerformances (BHP) et des armatures à hautelimite élastique (AHP). Elle a permis de justifier lapossibilité et l’intérêt de dimensionner des ouvra-ges en associant BHP et AHP.

Les réponses des BHP à des contraintes spécifiques

Contraintes Performances des BHP Commentaires

ManiabilitéMise en œuvre plus facile avec des ferraillages denses

Recherche de gain de productivité Pompabilité

Résistance aux jeunes âgesAccélération de la rotation des coffrages et des misesen tension de la précontrainte

Forte compacité Matériau particulièrement adapté pour des ouvragesAccroissement de la durabilité soumis à des conditions climatiques rigoureuses, des

Faible porosité agressions chimiques ou à des ambiances marines

Construire des structures plus légèresPerformances mécaniques Une nouvelle liberté de conception pour les architectes

et plus élancées et les ingénieurs

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Chapitre •3

106

Les bétons aux nouvelles performances

– conception de structures plus élancées et pluslégères (la rigidité des structures est augmentée) ;

– augmentation de la résistance à la fissuration et àla ruine.

Les lois de comportement des éléments de struc-ture en BHP armés avec des AHP sont similaires àcelles du béton armé classique (adhérence, ouver-ture des fissures et espacement), les règles dedimensionnement de l’EUROCODE 2 peuventdonc être adaptées aux BA-HP.

L’association de bétons à Hautes performances etd’armatures à hautes performances offre de nom-breux atouts :– réduction des quantités d’armatures (section,

diamètre, nombre) ;– amélioration de l’adhérence acier-béton ;– réduction des sections de coffrage ;– amélioration des conditions de bétonnage (fer-

raillage simplifié) ;– gain de main d’œuvre ;– plus grande durabilité et moindre déformabilité

des structures ;

Exploitation des performances des BHP

Acteurs Performances Objectifs

Création de nouvelles formesArchitecte Pérennité architecturale et de nouveaux ouvrages

Qualité et homogénéité des parements

Gain de dimensionnement

Allégement des ouvragesIngénieur d’études Résistances mécaniques (tablier et fondations)

à long terme Structures plus élancées

Augmentation des portées

Exploitation de la rhéologie auxRhéologie

jeunes âges

Optimisation des cycles de construction etPropriétés à l’état frais

de l’organisation des chantiersIngénieur Méthodes

Décoffrage et mise en tension rapides

Performances aux jeunes âges Pompabilité

Facilité de mise en œuvre

Optimisation des cadences

Recherche de productivité

Responsable du chantierPropriétés à l’état frais

Réduction des délais d’exécution

Performances aux jeunes âges Réduction des coûts de main d’œuvre

Augmentation des cadences de productionDurabilité Réalisation d’éléments plus durables

Préfabricant Vitesse de durcissement Application de la précontrainte plus tôtFluage Réalisation de produits plus fins, plus

élancées, plus légers

Augmentation de la durée de service

Maître d’œuvreDurabilité

de l’ouvrage

Maître d’ouvrage Réduction de l’entretien et de Réduction du coût global de l’ouvrage

la maintenance Économie de maintenance

Faibles perturbations sur la circulation

Réduction de l’entretien et de lors des travaux d’entretien

Usager la maintenance Impact environnemental (réduction dematière et économie de ressourcesnaturelles)

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107

Les études ont démontré qu’il convient pour opti-miser les performances du matériau d’associer descouples adaptés de BHP-AHP (Béton B60 avecarmatures Fe E 800, par exemple).

3.2.8 - Atouts des BHP

Les Bétons à Hautes Performances offrent desatouts qui ont été démontrés par des campagnesd’essais en particulier dans le cadre du ProjetNational BHP 2000, puis validés et confirmés surde très nombreux chantiers.

3.2.9 - Analyse économique

L’analyse des ouvrages en BHP, selon une appro-che en coût global, basée sur la valorisation de sesatouts permet de valider son intérêt économique

3.2.10 - Principaux domaines d’applications et principalesréférences

Un nombre croissant d’applications à caractèreexceptionnel ou plus modeste ont permis l’explo-ration progressive des diverses potentialités offer-tes par les Bétons à Hautes Performances et mis enlumière leurs nombreux atouts.

Structures coulées en place

La formulation et la fabrication de bétons dont larésistance caractéristique à 28 jours atteint 60 MPavoire 80 MPa est aujourd’hui de pratique couranteen France et n’est plus du domaine expérimental.De nombreux ouvrages ont été exécutés en BHPces dernières années.

Cette « banalisation » des BHP est rendue possiblepar la disponibilité du produit au sein du réseaudes centrales BPE à peu près partout en France. CesBHP sont en général formulés avec des granulats

> Résistances en traction supérieures, ce qui per-met de limiter la précontrainte et d’amincir lasection transversale en béton.

> Performances en flexion qui se traduisent parune augmentation de la rigidité en flexion et quipermettent un allongement des portées et off-rent des gains importants de poids propre, géné-rant des économies de fondations.

> Fluage inférieur à celui des bétons ordinaireset évolution plus rapide. Il en résulte des redistri-butions d’efforts plus faibles au cours de ladurée du chantier et des premières années demise en service et des déformations des structu-res moindres, ce qui autorise la conception destructures plus élancées et permet d’assurer unmeilleur contrôle géométrique des ouvrages etune meilleure efficacité de la précontrainte. Les faibles déformations différées permettent deréduire les pertes de précontrainte.

> Réduction de l’ouverture de fissures. L’emploide BHP permet de réduire l’ouverture des fissu-res à contraintes égales dans les armatures etdonc d’augmenter la résistance à la fissuration et à la ruine des structures.

> Meilleure adhérence acier béton, d’où uneréduction sensible des longueurs de recouvre-ment, de scellement et d’ancrage des armatureset une simplification des dispositions constructi-ves et des schémas de ferraillage.

> Augmentation des valeurs de contrainte detractions admissibles ce qui permet de réduireles sections d’armatures.

> Majoration des contraintes de cisaillementadmissibles. Il en résulte la possibilité de réduire,par exemple, les épaisseurs des âmes des poutresen BHP sans augmentation corrélative des arma-tures transversales.

> Réduction des épaisseurs d’enrobage comptetenu des faibles porosités et sensibilités auxagents agressifs des BHP.

TRADUCTION DES PERFORMANCES MÉCANIQUES DES BHP

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108

Les bétons aux nouvelles performances

locaux. Les centrales à béton sont équipées desautomatismes, des process de fabrication, des pro-cédés de dosages et des procédures de contrôlerigoureuses assurant la reproductibilité des carac-téristiques et la maîtrise de la fabrication des BHP.

Le réseau BPE a fait la preuve depuis plusieursannées à l’occasion de nombreux chantiers de sapleine maîtrise industrielle des BHP et de sa capa-cité à livrer tous types de chantier.

NotaLe malaxage doit généralement être pro-longé par rapport à celui d’un béton courant.Le BHP requiert un niveau de qualité defabrication important compte tenu de lasensibilité de son comportement auxvariations de proportion des constituants,en particulier du dosage en eau.

Produits préfabriqués en béton

Le BHP est utilisé dans l’industrie du béton depuisde nombreuses années pour la réalisation de mul-tiples éléments préfabriqués en usine. L’industriedes produits préfabriqués en béton a su, depuis sonorigine, produire des bétons à hautes performancesgrâce à ses techniques spécifiques et ses condi-tions industrielles de production. Elle dispose demoyens et de techniques bien adaptés pour pro-

duire des éléments avec des performances méca-niques et une durabilité encore améliorées en par-ticulier grâce à l’association d’outils et deméthodes de production performants avec les pro-grès réalisés ces dernières années dans l’optimisa-tion des matériaux tels que les BHP.

Le développement des BHP présente un grandintérêt pour l’industrie du béton. Ces matériauxpermettent de proposer des produits nouveauxencore plus performants (allégements et réductionsde sections) et d’envisager l’accès à de nouveauxmarchés grâce à l’amélioration des performances.

Parmi les plus usuels, on peut citer les poutres etles poutrelles précontraintes pour plancher quigrâce au BHP ont leur section diminuée de 30 %,ainsi que les dalles alvéolées, qui pour une épais-seur n’excédant pas 25 cm permettent des portéesde l’ordre de 15 m, ainsi que les tuyaux d’assainis-sement et les poutres PRAD pour la réalisationd’ouvrages routiers ou ferroviaires et de très nom-breux produits précontraints par fils adhérents.

Les BHP permettent de précontraindre les produitsà des contraintes plus élevées et donc d’optimiserles sections. Ils permettent aussi, pour la plupartdes produits, de diminuer la durée des cycles defabrication en autorisant des décoffrages rapides etdes mises en précontrainte accélérée et de conce-voir des éléments plus légers donc plus faciles àmettre en œuvre ou à poids équivalent de portées

Analyse économique des BHP

Atouts Surcout Gain

Performances Superplastifiant Facilité de mise en œuvredu béton frais Mains-d'œuvre réduite

Types de ciment Décoffrage rapidePerformances aux Mise en précontrainte accélérée

jeunes âges Cure soignéeSimplification des méthodes de réalisation

Performances mécaniques Dosage en ciment Gain de matière (structure et fondation)

Optimisation des structures _ Délais de réalisation plus courts

Productivité du chantier

Durabilité Fumées de silice Durée de service de l’ouvrage

Réduction des fraisOptimisation de la formulation

Frais de maintenanced’entretien et de maintenance Pas de corrosion d’armature

Esthétisme Granulats spécifiques Intégration de l’ouvrage dans son environnement

et pérennité architecturale

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109

plus importantes. La diminution des déformationsdifférées (retrait et fluage) est aussi un avantagedéterminant en préfabrication. Ils autorisent laréalisation de produits élancés offrant aux architec-tes de nouvelles possibilités de création. Les usinesde produits préfabriqués en béton utilisent réguliè-rement pour la fabrication de nombreux produits,des BHP dont la résistance à la compression dépasse60 MPa et pouvant atteindre jusqu’à 100 MPa.

La réduction des sections, consécutive auxmeilleures caractéristiques mécaniques du maté-riau, permet de diminuer le poids des éléments etpar suite les coûts de manutention, de transport etde mise en place.

Sur le plan environnemental, les BHP s’insèrentcomplètement dans la démarche visant à utiliserencore mieux les ressources en énergie et enmatières premières.

3.2.11 - Documents de références

Synthèse des travaux du Projet national BHP 2000sur les bétons à hautes performances.

Propriétés du BHP valorisées en fonction du type de structures

Propriétés valorisées

RésistanceType de

Ouvrabilité à courtRésistance Tenue à Déformations Durabilité

Structure termemécanique l’abrasion différées

Ponts routiers,Autoroutiers, X X X X X

Ferroviaires

TunnelsTravaux X X X

Souterrains

Assainissement X X X

Préfabrication X X X X X

Bâtiments de hauteur X X X

Ouvrage en site maritime X

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Chapitre •3

110

Les bétons aux nouvelles performances

Les maîtres d'ouvrage, architectes, ingénieurs,entrepreneurs du BTP, fabricants de béton et préfa-bricants ont toujours recherché un béton permet-tant :– une mise en place aisée ;– un bon remplissage des coffrages et des moules ;– un parfait enrobage des armatures ;– une forte compacité.Avec comme principaux objectifs :– la suppression des opérations coûteuses en main

d’œuvre (vibration, tirage à la règle, ragréage, etc.);– l’obtention d’une qualité, d’une régularité et

d’une durabilité des bétons encore plus grandes ;– le coulage facilité de structures complexes et

souvent fortement ferraillées ;– l’allongement des temps d’ouvrabilité ;– l’amélioration de la qualité esthétique des pare-

ments ;– l’augmentation des cadences de production et

de la productivité des chantiers et des usines ;– la réduction de la pénibilité des tâches des ouvriers;– la réduction des nuisances sonores sur les chan-

tiers ;– l’obtention d’une parfaite planéité des hourdis et

des dalles ;– la fabrication de ces bétons dans la majorité des

centrales du réseau BPE et des usines de préfa-brication à partir de matériaux courants disponi-bles localement ;

– la diminution des reprises de bétonnage.Ces objectifs doivent être atteints en conservant àterme pour ce béton des performances compara-bles à celles d’un béton traditionnel de mêmecaractéristiques.

L’expertise acquise lors des travaux de recherchesur les BHP et la maîtrise croissante des nouveauxsuperplastifiants ont permis la mise au point denouveaux bétons : les BÉTONS AUTOPLACANTS(BAP) qui répondent largement à ces exigences.

Les recherches effectuées ces dernières années ontcréé les conditions de réalisation et de reproducti-bilité d’un béton homogène, très fluide, aisé à

mettre en œuvre sans vibration, ne ségrégeant paset présentant des propriétés de résistance et dedurabilité comparables à celles des bétons tradi-tionnels. Cette hyperfluidité du béton a été renduepossible par l’arrivée sur le marché des dernièresgénérations d’adjuvants superplastifiants (qui aug-mentent considérablement la dispersion des grainsde ciment).

En France, les premières applications des bétonsautoplaçants datent de 1995. Après une phase derecherche et dix années de développement régu-lier, les BAP ont été progressivement testés etadoptés par les entreprises et par les usines de pré-fabrication pour la réalisation de bâtiments ou destructure de génie civil. Les nombreux chantiers debâtiment (immeubles, hôpitaux et lycées réalisésen BAP) ont permis de confirmer les performancesde ces nouveaux bétons et de valider les tech-niques de mise en œuvre.

3.3 Les bétons autoplaçants

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111

Les BAP se caractérisent par leur fluidité, un fai-ble ressuage, leur pompablilité ainsi qu’un bonmaintien de leur ouvrabilité.

Les centaines d’opérations réussies, réalisées, tantau sein des grands groupes que des petites etmoyennes entreprises, voire sur de très petitschantiers, montrent combien ce matériau boule-verse le champ de la construction en béton. LesBAP font désormais partie des formulations cou-rantes proposées par la majorité des centrales deBéton Prêt à l’Emploi. L’offre couvre toute lagamme des performances mécaniques (des résis-tances courantes à très élevées), et permettentd’obtenir une très grande variété de textures, deteintes et d’aspect de surface.

Les usines de préfabrication ont développé de nou-veaux process de fabrication pour bénéficier desavantages de ce matériau. De nombreux produitspréfabriqués sont actuellement couramment réalisésen BAP aussi bien en bâtiment qu’en travaux publics:– panneaux et voiles verticaux : panneaux de

façade, encadrements de portes et fenêtres,encadrements de baies ;

– éléments de structure : poteaux précontraints,poutres, poutrelles, poutrelles treillis pour plan-cher béton, dalles, appuis, pré linteaux, caissonsprécontraints, longrines ;

– escaliers ;– assainissement : cunettes, fond de regard, cuves

et citernes ;– éléments pour le génie civil : bordures, glissières

de sécurité, chambres d’éclairage public, gradins,fossés ;

– éléments pour piscines, caveaux, socles demachines outils, buses rectangulaires, acrotères,corniches, lucarnes.

3.3.1 - Propriétés des BAP

Les bétons autoplaçants (BAP) sont des bétons trèsfluides, qui se mettent en place sans vibration. Lorsdu coulage dans un coffrage, le serrage d’un BAPest assuré sous le simple effet de la gravité. Grâceà leur formulation, ils offrent des caractéristiquesexceptionnelles d’écoulement et de remplissagedes coffrages tout en résistant parfaitement à laségrégation. Homogènes et stables, ils présententdes résistances et une durabilité analogues à cellesdes bétons traditionnels dont ils se différencientpar leurs propriétés à l’état frais. La fluidité du BAPpermet sa mise en place aisée par pompage.

NotaEn usine de préfabrication, une très légèrevibration peut être appliquée, l’essentielde la compaction s’effectuant sous le seuleffet gravitaire.

L’atout essentiel des BAP, la mise en œuvre sansvibration génère toute une chaîne d’avantages :réduction des délais, amélioration de la producti-vité, réduction des matériels de levage, qualité desparements accrue, bétonnage aisé de pièces detrès grande hauteur ou très armées, réductionconsidérable de la pénibilité pour les ouvriers, gainde sécurité.

Les BAP sont formulés de manière à obtenir lecompromis optimal entre fluidité et résistance à laségrégation et au ressuage. Ils offrent une plusgrande qualité esthétique des parements.

Page 110: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Chapitre •3

112

Les bétons aux nouvelles performances

Les BAP sont utilisés aussi bien coulés en place surchantier, livrés à partir de centrales de béton prêt àl’emploi et mis en œuvre généralement par pom-page, qu’en usine de préfabrication d’éléments enbéton. Ils présentent à l’état durci des performan-ces et des durabilités analogues à celles des bétonstraditionnels mis en œuvre par vibration. Leurdurée de vie est au moins équivalente à celle desbétons traditionnels.

Les prescriptions et les règles de conception et dedimensionnement des structures en béton sontapplicables au BAP, ce qui permet de les utiliser enlieu et place de bétons de même caractéristiquesmécaniques.

Toute la gamme de résistance des bétons tradition-nels peut-être obtenue en autoplaçant, en particu-lier de C 25/30 à C 80/95.

3.3.2 - Principe de formulation des BAP

Les BAP doivent présenter une grande fluidité etpouvoir s’écouler avec un débit suffisant sansapport d’énergie externe (vibration) à travers deszones confinées (armatures) en présence d’obsta-cles ou se mettre en place dans des coffrages degrande hauteur. Ils doivent s’opposer à la ségréga-tion « dynamique » (en phase de coulage) et à laségrégation « statique » (une fois en place) afin degarantir l’homogénéité des caractéristiques et dene pas présenter de ressuage ou de tassement. Ilsdoivent aussi être pompables.

Pour ce faire la formulation des BAP repose surtrois critères.• Fluidification de la pâte : elle est obtenue sansajout d’eau par utilisation de superplastifiants à fortpouvoir défloculant.• Limitation des frottements entre les granulatspour favoriser l’écoulement : la taille des granulatsqui peuvent être concassés ou roulés est générale-ment plus faible ; le volume de pâte et la quantitéde fines sont plus importants que pour un bétonmis en œuvre par vibration.

• Stabilisation du mélange pour éviter les risques deségrégation: elle est obtenue par l’emploi d’agentsde viscosité et l’incorporation d’additions (fillers,cendres volantes, laitier moulu, fumées de silice).

La formulation des BAP fait appel à :– des superplastifiants pour obtenir la fluidité sou-

haitée et quelques fois des agents de viscositépour maîtriser la ségrégation et le ressuage ;

– une quantité de fines (ciments, fillers calcaires,cendres volantes) élevée pour assurer une bonnemaniabilité tout en limitant les risques de ségré-gation et de ressuage (~500 kg/m3) ;

– un volume de pâte élevé (350 à 400 l/m3),– un faible volume de gravillons afin d’éviter le

« blocage du béton » dans les zones confinées(rapport gravillon/sable de l’ordre de 1 voireinférieur). Les granulats ont en général un Dmax

compris entre 10 et 16 mm afin d’améliorer l’é-coulement ;

– du ciment (dosage à optimiser pour obtenir lesperformances souhaitées) ;

– un rapport E/C faible et un dosage en eau limité ;– éventuellement un agent entraîneur d’air pour

assurer la protection contre les effets du gel-dégel.

L’optimisation du squelette granulaire est indispen-sable pour obtenir les caractéristiques nécessaires àla fluidité et à l’écoulement en milieu confiné.

NotaLes retraits et fluage des BAP sont analo-gues à ceux des bétons traditionnels.

3.3.3 - Fabrication et transport

La formulation des BAP plus pointue que celles desbétons traditionnels, nécessite la mise en place deprocédures de fabrication et de contrôles adaptées.

La plupart des malaxeurs peuvent fabriquer desBAP; le temps de malaxage est toutefois légèrementplus long que pour un béton classique. Il faut quele mélange, riche en éléments fins et en adjuvants,

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113

soit le plus homogène possible. Certaines formulespeuvent nécessiter des séquences de malaxagespécifiques (ordre d’introduction des constituantsdans le malaxeur, temporisation, temps de mal-axage adaptés…)

L’un des points les plus importants de la fabricationest le contrôle strict de la teneur en eau dumélange en tenant compte de façon permanentede celle des granulats. Un contrôle renforcé desconstituants doit être mis en place tout au long dela fabrication afin de maintenir la régularité de l’en-semble des performances.

L’hyperfluidité du béton conduit, à prendre desdispositions spécifiques pour éviter des déverse-ments et à adapter l’ouvrabilité au temps detransport et de mise en œuvre.

3.3.4 - Mise en œuvre des BAP sur chantier

D’une manière générale les contraintes de mise enœuvre des BAP sont nettement plus faibles quecelles des bétons mis en œuvre par vibration,grâce à leur facilité de coulage sur de longues dis-tances et de grandes hauteurs.

Les propriétés d’écoulement des BAP donnent lieuà la mise en place de nouvelles procédures deremplissage des coffrages. Les caractéristiques duBAP autorisent des cheminements horizontauximportants. Ils peuvent être mis en œuvre, soit defaçon traditionnelle à la benne à manchette, soitpar pompage (en tête ou en pied de coffrage). Lepompage permet une mise en œuvre plus rapidedu béton. L’extrême fluidité des BAP nécessite desoigner particulièrement l’étanchéité des coffrages.Il est important de limiter leur hauteur de chutedans les coffrages afin d’éviter toute ségrégationen amenant le bas de la manchette en limite de lazone de bétonnage.

Le coffrage doit être rigide, étanche et résistant(éventuellement renforcé pour résister à la pressionen pied de coffrage). Les produits démoulants doi-vent être parfaitement adaptés. La hauteur du cou-lage doit être compatible avec la tenue du coffrageà la poussée du béton. Des essais grandeur natureont été réalisés dans le cadre du Projet national PNBAP (voir le paragraphe 3.3.11) pour analyser lecomportement réel des outils coffrants face à lapression exercée par le béton autoplaçant en fonc-tion de la vitesse de bétonnage et la hauteur descoffrages. Ils ont permis de définir des recomman-dations.

En usage courant (voile de 2,8 m de hauteur), lapoussée lors du coulage ne dépasse pas les limitesde résistance des coffrages. Il convient d’équilibrerles pressions de part et d’autres des ouvertures.Pour des voiles de grande hauteur, quelques pré-cautions particulières doivent être prises (il fautadapter par exemple la vitesse de bétonnage).

Les BAP exercent, compte tenu de leur fluidité etleur long maintien de rhéologie, des pressionshydrostatiques plus importantes sur les coffrageslorsque les vitesses de bétonnage sont élevées. Il convient donc de soigner la fixation des réser-vations, des armatures, des fourreaux et des boîtiers et la stabilité des coffrages pour résister àla pression hydrostatique. Dans certains cas (voilede très grande hauteur avec de très nombreusesouvertures), le coffrage doit être spécifiquementétudié.

Une cure efficace doit être mise en œuvre le plustôt possible après la fin du bétonnage, particulière-ment pour les surfaces horizontales afin d’évitertoute évaporation précoce d’eau. Les BAP nenécessitent pas d’opération de surfaçage pour les

Page 112: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Chapitre •3

114

Les bétons aux nouvelles performances

applications horizontales. Leurs performances àl’état frais autorisent leur pompage sur de longuesdistances et de nouvelles possibilités de mise enœuvre.

Mise en œuvre à la benne à manchette traditionnelle

Le béton est mis en œuvre par le haut du coffrageau moyen d’une goulotte. La manche est glisséedans le coffrage pour réduire la hauteur de chute.Il est nécessaire d’adapter les diamètres de la man-che sous la benne par rapport au béton traditionnel(60 à 80 mm au lieu de 150 à 200 mm) pour qu’ellepuisse être introduite entre les armatures. Pourmaîtriser l’esthétique des parements, il convient delimiter au maximum la hauteur de chute.

Mise en œuvre par pompage en pied de coffrage: pompage « source »

Cette méthode est adaptée en particulier pour leséléments verticaux de grande hauteur. Elle supprimetoute intervention en partie haute des coffrages.

Mise en œuvre par pompage en tête de coffrage avec tube plongeur

Le tube plongeur doit être suffisamment introduitdans le coffrage pour limiter au maximum la hau-teur de chute. Cette méthode est aussi adaptée aubétonnage d’éléments verticaux.

Comme pour tous les bétons, il convient lors desphases de bétonnage de prendre en compte lesconditions climatiques et de mettre en œuvre desdispositions particulières en dehors de la plage detempératures usuelles (5 °C à 30 °C).

3.3.5 - Domaines d’utilisation privilégiés des BAP

Les BAP sont utilisables aussi bien pour la réalisa-tion d’ouvrages horizontaux que verticaux, sur tousles types de chantier, de bâtiments ou de géniecivil et pour la réalisation de nombreux produitspréfabriqués en béton. La plupart des ouvragespeuvent être réalisés en BAP (voiles, poteaux,piles, poutres, planchers, dalles, dallages, fonda-tions, éléments de façade, mobiliers urbains, etc.).

Les BAP sont particulièrement adaptés à la réalisa-tion de structures pour lesquelles la mise en œuvred’un béton classique est délicate, c’est-à-dire, pré-sentant :– des densités de ferraillage importantes ;– des formes et des géométries complexes : voiles

courbes, etc. ;– des voiles minces et de grande hauteur : piles de

ponts, etc. ;– des voiles complexes avec de nombreuses réser-

vations ou de grandes ouvertures ;– des exigences architecturales et de qualité des

parements particulières ;– des accès difficiles voire impossibles pour déver-

ser le béton dans le coffrage et pour assurer lavibration.

Page 113: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

115

3.3.6 - Précautions pour l’emploi des BAP

La fluidité des BAP et leurs caractéristiques aux jeu-nes âges nécessitent le respect de quelques pré-cautions particulières lors de leur mise en œuvre.• Préparation et organisation spécifiques du chan-tier (changement des habitudes et évolution desméthodes traditionnelles de construction) : maté-riels – personnels – utilisation de la grue – phasagede réalisation – calages rigoureux des armatures etdes réservations.• Emploi de coffrages propres, étanches et plusrésistants afin de compenser les poussées hydro-statiques sur les coffrages.• Utilisation d’agents de démoulage de qualité afind’éviter les phénomènes de micro-bullage.• Cure soignée (ces bétons étant plus sensibles auxphénomènes de retrait par dessiccation).Comme pour tous types de béton des délais dedécoffrage différents peuvent générer des diffé-rences de teintes des parements.

3.3.7 - Les atouts des BAP

Les BAP présentent une avancée importante enmatière de technologie de construction. Leurs pro-priétés spécifiques permettent d’optimiser l’orga-nisation des chantiers et des usines, conduisant àune amélioration de la productivité et une réduc-tion des coûts de construction.

Les BAP sont particulièrement adaptés pour laréalisation d’ouvrages en zones sensibles soumisesà des exigences acoustiques (notamment en siteurbain). Ils permettent d’améliorer les conditionsd’environnement sur les chantiers.

Les atouts des BAP sont multiples :– réduction des temps de bétonnage (augmentation

des cadences de coulage, en particulier, grâce àla mise en œuvre possible du béton à la pompe) ;

– facilité de mise en œuvre et gain sur les postesde travail, obtenu par le pompage du béton et lasuppression de la vibration ;

– amélioration de la sécurité des ouvriers, en sup-primant des postes de travail à risque (en partiehaute des coffrages au moment du bétonnage enparticulier).

– réduction des délais de réalisation du chantier etdes éléments préfabriqués en usine ;

– économie sur les coûts de la main d’œuvrenécessaire à la vibration ;

– réduction des besoins en matériel ;– amélioration de la productivité et des cadences ;– optimisation de la charge d’utilisation de la grue

de chantier ;– réduction des coûts d’entretien des coffrages et

des moules ; ces derniers ne sont pas sollicitéspar les effets de la vibration.

– réduction de l’encombrement sur chantier ;– optimisation de l’organisation des chantiers ;– réduction des nuisances sonore pour l’environne-

ment du chantier et sur le chantier ;– meilleure qualité des parements ;– la possibilité de résoudre des contraintes tech-

niques, générées par la complexité des formesdes structures, la densité du ferraillage, la réalisa-tion des réservations complexes.

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Page 114: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Chapitre •3

116

Les bétons aux nouvelles performances

3.3.8 - Atouts des BAP pour la réalisation des parements

La fluidité et la cohésion élevée des BAP et l’ab-sence de ségrégation garantissent la réalisation deparements de qualité, une finition soignée, uneteinte homogène, l’absence de bullage et deségrégation ainsi qu’une parfaite netteté des arêteset des chanfreins si les modes de mise en œuvresont adaptés.

L’absence de vibration permet d’assurer demanière naturelle l’homogénéité du BAP dans lamasse et donc l’uniformité des textures et des tein-tes. La maîtrise des performances des BAP, la faci-lité et la fiabilité de leur mise en œuvre,garantissent la reproductibilité de l’aspect ainsi quela continuité et l’uniformité des parements au coursdu chantier. L’offre étendue des BAP permet d’ob-tenir une multitude d’aspects de surfaces, de tein-tes et de textures.

Les BAP constituent une réponse adaptée au cahierdes charges de la certification QUALIF-IB « Élé-ments architecturaux en béton fabriqués en usine »qui est particulièrement exigeant en matière derégularité de teinte, de texture et de durabilité.Ils sont au service de l’esthétisme. Ils offrent auxarchitectes de nouvelles libertés de construction etpossibilités d’expression :– formes et géométries complexes ;– esthétisme, uniformité des parements et homo-

généité des teintes.

L’optimisation des performances des BAP pour laréalisation de parements sur chantier nécessite :– que l’ouvrage soit conçu avec une approche glo-

bale à la fois lors de la conception, et l’organisa-tion du chantier et lors de sa réalisation ;

– que l’entrepreneur, le fournisseur de coffrage et lefournisseur de béton organisent ensemble dans unesprit de partenariat avant le démarrage du chan-tier les procédures et phasages du bétonnage.

NotaLa faible porosité de surface améliore la résistance aux salissures des parements.

3.3.9 - Contrôle des BAP

Trois principaux essais permettent de caractériseret de contrôler la rhéologie des BAP.

Mesure d’étalement au cône d’Abrams

La fluidité des BAP peut être caractérisée par lamesure de l’étalement au cône d’Abrams (essaid’étalement ou slump flow). Des valeurs cibles del’ordre de 600 à 750 mm correspondent à l’étale-ment moyen conseillé d’un BAP. La valeur cibled’étalement doit être définie en fonction des carac-téristiques de la formulation et des conditions etméthodes de mise en œuvre. Cet essai caractérisela mobilité du BAP en milieu non confiné. Il permeten particulier de vérifier la fluidité du béton lors desa réception sur chantier.

Diamètre d'étalement

Diamètre final

Cône d'AbramsTable

d'étalement

Essai au cône d’Abrams

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117

Essai de la boîte en L,écoulement en milieu confiné

La cohésion du béton, sa mobilité en milieu confinéet son aptitude à traverser une zone fortementarmée peut se mesurer avec l’essai de la boîte enforme de L. Cet essai permet de vérifier que lamise en place du béton ne sera pas contrariée pardes blocages de granulats en amont des armatu-res. La méthode consiste à remplir de BAP la par-tie verticale d’une boîte, puis en levant une trappeà laisser le béton s’écouler dans la partie horizon-tale à travers un ferraillage (le nombre et le diamè-tre des armatures peuvent être adaptés pourtraduire le ferraillage réellement présent dans lastructure). Après écoulement du béton, on mesurela différence de hauteur dans les parties verticales(H1) et horizontale (H2). Le résultat de l’essai s’ex-prime par le taux de remplissage H2/H1. Unevaleur de ce rapport supérieure à 0,8 traduit unbon écoulement du BAP.

Essai de stabilité au tamis

Cet essai permet d’étudier la résistance à la ségré-gation et au ressuage du BAP, qui doit être stablesous l’effet de la gravité. Il consiste à déverser unequantité de béton (2 litres) sur un tamis (de maille5 mm) avec une hauteur de chute de 50 cm.Le pourcentage en poids de laitance ayant traverséle tamis par rapport au poids de l’échantillon initialexprime la stabilité du béton. Ce rapport doit êtrecompris entre 10 % et 20 %.

Ferraillage 3 Ø 14

Espace libre, 39 mm (entre les barres ou les parois)

H1

H2

50 cm

Laitance

Tamis de 5 mm

+ 15 mn

Essai de boîte en L Essai au tamis

Phot

o: ©

Bou

ygue

s C

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ruct

ion

Page 116: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Chapitre •3

118

Les bétons aux nouvelles performances

3.3.10 - Documents de référence

• Bétons autoplaçants – recommandations provi-soires AFGC, juillet 2000.Ces recommandations d’emploi des BAP, mis aupoint par un groupe d’expert de l’AssociationFrançaise de génie civil, couvrent les aspects sui-vants : définition, formulation, caractérisation du

béton frais, qualificationde la formule, fabricationdu béton autoplaçant, cri-tères de réception surchantier, mise en œuvre,propriété du béton durci.Elles constituent un étatde l’art global de laconnaissance sur les BAP.

• Bétons autoplaçants – monographie d’ouvrages,Cimbéton 52.

• Recommandations de mise en œuvre des BAP et des BAN – FFB.

• Guide européen sur les BAP.Ce guide a été réalisé par les fédérations euro-péennes de la filière béton : BIBM1, ERMCO2,EFNARC3 et EFCA4. Il comporte des recommanda-tions pour l’utilisation des BAP tant sur chantierque pour les produits préfabriqués. Le guide traitedes constituants, des principes de formulation, descontrôles adaptés à la rhéologie des BAP, de leurmise en place ainsi que leurs propriétés (notam-ment la durabilité, le fluage et le retrait). Il proposeégalement des seuils permettant de classer lesBAP selon leurs caractéristiques rhéologiques.

3.3.11 - Le projet national BAP

Les travaux du Projet National « BétonsAutoplaçants » (BAP), géré par l’IREX ont porté surla caractérisation des BAP à l’état frais lors de leurmise en œuvre et à l’état durci.

Les résultats obtenus par des essais en laboratoireet des expérimentations en vraie grandeur ontconfirmé que les BAP se distinguent des bétonstraditionnels principalement par leurs propriétés àl’état frais. Ils sont comparables à l’état durci auxbétons ordinaires vibrés de même résistancemécanique. Ils ont permis :– de valider les tests et essais pertinents de carac-

térisation des propriétés des BAP à l’état frais(représentativité des essais, reproductibilité,répétabilité) et d’analyser la « sensibilité » des for-mulations ;

– de définir les recommandations pratiques defabrication, de mise en œuvre et d’emploi desBAP ;

– d’identifier l’incidence des propriétés des BAPsur les dimensionnements des ouvrages et sur lesévolutions des méthodes de construction afin devaloriser les progrès technologiques et architec-turaux offerts par ces nouveaux bétons ;

– de mesurer la contribution des BAP à l’améliora-tion des conditions de travail et à la protection del’environnement ;

– de faire évoluer les réglementations.

1. Bureau International du Béton manufacturé.2. Association européenne du Béton Prêt à l’Emploi.3. Fédération européenne des associations pour les systèmes

de construction en béton.4. Fédération européenne des associations des adjuvants pour béton.

Page 117: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

119

Le PN BAP qui regroupait tous les partenaires del’acte de construire (maître d'ouvrage, maîtred'œuvre, entreprises, préfabricants, laboratoires,fournisseurs de matériaux, organismes decontrôle), a conduit à des avancées significativesen particulier sur les plans technologiques et régle-mentaires, des règles de l’art et de connaissancedu matériau dans son environnement de chantier.

Le PN BAP a mis au point une classification despropriétés des BAP à l’état frais prenant en compteen particulier le type d’application (verticale ouhorizontale), l’épaisseur de la paroi ou de la dalle etle temps nécessaire pour la mise en place du BAP(intervalle d’écoulement), en fonction de la géo-métrie de l’ouvrage, de la répartition des armatu-res et du procédé de bétonnage utilisé.

3.3.12 - Conclusions

Les BAP affirment leurs performances au fil desréalisations sur chantiers et en usines de préfabrica-tion, ils s’imposent progressivement et remplace-ront dans les prochaines années pour un grandnombre d’applications les bétons mis en œuvrepar vibration.

Les BAP sont la réponse à l’évolution :– des exigences techniques et esthétiques des

maîtres d’ouvrage, des maîtres d’œuvre et desarchitectes ;

– des contraintes économiques des entreprises(amélioration de la productivité des chantiers eten usines) ;

– de l’amélioration des conditions de travail et desécurité sur les chantiers et dans les usines.

Ces nouveaux bétons sont générateurs d’écono-mies globales sur les chantiers.

La banalisation de l’utilisation des BAP, et leurdéveloppement dans les prochaines années, sup-pose une parfaite synergie entre tous les acteurs dela construction et nécessite une adaptation et uneévolution des techniques de production du bétonet de mise en œuvre, une préparation en amontdes chantiers pour adapter son organisation et lestechniques de construction (cadences, matériels,coffrages, etc.) et une conception globale tirant lemeilleur profit de l’adéquation entre le béton et

l’ouvrage à chaque étape du chantier. Le BAP doitêtre spécifié au niveau de l’appel d’offres et intégrédans les choix structuraux dès la conception duprojet jusqu’à sa réalisation afin d’optimiser le coûtglobal de l’ouvrage.

Les BAP présentent un grand intérêt pour la réali-sation des produits préfabriqués en béton. Ils sontde plus en plus utilisés en usine pour réaliser denombreux produits. Les compositions sont optimi-sées en fonction des applications visées, descontraintes techniques et économiques. Ces nou-veaux matériaux sont appréhendés dans le cadred’une démarche globale prenant en compte lesgains potentiels sur l’ensemble du cycle de vie desproduits préfabriqués : matières premières utili-sées, énergie consommée au cours du process defabrication, réduction des nuisances, diminution dela pénibilité des tâches, durabilité, esthétique, utili-sation dans l’ouvrage et réutilisation en fin du cyclede vie…

Page 118: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Chapitre •3

120

Les bétons aux nouvelles performances

3.4.1 - Généralités

Un béton fibré est un béton dans lequel sont incor-porées des fibres. À la différence des armaturestraditionnelles, les fibres sont réparties dans lamasse du béton, elles permettent de constituer unmatériau qui présente un comportement plushomogène.Les fibres, selon leur nature ont un comportementcontrainte-déformation très différent. Elles peu-vent, sous certaines conditions et pour certainesapplications ou procédés, remplacer les armaturestraditionnelles passives. Les bétons fibrés font l’ob-jet de méthodes spécifiques de dimensionnementpour des applications structurelles (dalles, dallagesindustriels, voussoirs, pieux, etc.). Des méthodesd’optimisation de leur formulation ont été spécia-lement développées.

Les fibres présentent des caractéristiques, tant géo-métriques que mécaniques, différentes selon leurnature. Chacune a une influence particulière sur leslois de comportement mécanique du béton, ce quise traduit par des applications adaptées et spéci-fiques.

3.4.2 - Les différents types de fibres

On distingue trois grandes familles de fibres.

• Les fibres métalliques :– acier ;– inox ;– fonte (amorphe).

• Les fibres organiques :– polypropylène ;– polyamide ;– acrylique.– mélange polypropylène/polyéthylène ;– kevlar ;– aramide ;– carbone.

• Les fibres minérales :– verre ;– wollastonite ;– basalte ;– mica.

Chaque fibre présente des caractéristiques et despropriétés qui lui sont propres : dimensions (dia-mètre, longueur, etc.), formes (lisses, crantées,ondulées, biondulées, à crochet, munies de cônesaux extrémités, etc.), résistances mécaniques(résistance à la traction). Les dosages courants enfibres sont de l’ordre de 0,5 à 2 % en volume soitde 5 à 150 kg par m3 de béton.

3.4.3 - Les caractéristiques et les propriétés des fibres

Chaque famille de fibres présente des caractéris-tiques et des propriétés spécifiques.

3.4 Les bétons fibrés

Exemples de fibres métalliques.

Page 119: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

121

Pour faciliter leur utilisation, les fibres doivent :– être faciles à incorporer dans le béton et ne pas

perturber le malaxage (leur dispersion dans lebéton doit être rapide) ;

– se répartir de manière homogène lors du malaxageau sein du béton (pas d’agglomération de fibres)et lors du bétonnage.

NotaL’influence des fibres sur la maniabilité dubéton dépend de leur dimension et de leurdosage.

Pour améliorer les performances mécaniques desbétons (ductilité, résistance en flexion, résistanceaux chocs, etc.), elles doivent :– être déformables sans être fragiles ;– être relativement longues et fines et présenter

une grande surface spécifique ;– offrir une bonne capacité de déformation ;– posséder un module d’élasticité plus élevé que

celui de la matrice cimentaire ;– présenter une bonne adhérence avec la pâte de

ciment.

NotaLa structure du béton fibré et ses caracté-ristiques mécaniques in situ dépendentaussi de sa mise en œuvre (effets liés à l’é-coulement ; orientation préférentielle desfibres parallèlement au sens de l’écoule-ment du béton et à la géométrie de lastructure). Il est donc nécessaire pour lamise au point de la formulation, de connaî-tre la technique de mise en œuvre.

3.4.4 - Le rôle des fibres

Les fibres ont généralement pour rôle de renforcerou remplacer l’action des armatures traditionnellesen s’opposant à la propagation des microfissures.

Elles peuvent également dans certaines applica-tions remplacer les armatures passives.

Selon les fibres utilisées (forme et nature) et lesouvrages auxquels elles sont incorporées, ce rôlese traduit par des améliorations relatives à :– la cohésion du béton frais ;– la déformabilité avant rupture ;– la résistance à la traction par flexion ;– la ductilité et la résistance post fissuration ;– la résistance aux chocs ;– la résistance à la fatigue ;– la résistance à l’usure ;– la résistance mécanique du béton aux jeunes

âges ;– la réduction des conséquences du retrait par

effet de couture des microfissures ;– la tenue au feu ;– la résistance à l’abrasion.

3.4.5 - Les atouts des fibres

Grâce à leurs propriétés mécaniques, les fibres,permettent de mieux mobiliser la résistance intrin-sèque du béton, de réaliser des pièces minces degrandes dimensions et d’offrir au concepteur uneplus grande liberté architecturale. Elles confèrentaux bétons de nombreux atouts :– la maîtrise de la fissuration ;– une facilité et rapidité de mise en œuvre ;– un renforcement multidirectionnel et homogène;– un remplacement partiel ou total des armatures

passives.

NotaCertaines fibres confèrent au béton uncomportement ductile.

Masse Diamètre Résistance Module Allongementvolumique moyen à la traction d’élasticité à la rupture(en g/cm3) (en µm) (en N/mm2) (en GPa) (en %)

Fibres métalliques 7,85 50 - 1000 1000 - 2500 150 - 200 3 - 4

Fibres de verre 2,6 9 - 15 2000 - 3000 80 2 - 3,5

Fibres polypropylène 0,9 > 4 500 - 750 5 - 10 10 - 20

Caractéristiques et propriétés spécifiques de chaque famille de fibres

Longueur des fibres : 5 à 60 mmCoefficient de dilatation : 1 à 90 µm/m °C

Page 120: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Chapitre •3

122

Les bétons aux nouvelles performances

L’incorporation de fibres dans le béton doit fairel’objet d’une étude de formulation et d’une vérifi-cation de la compatibilité avec les autres consti-tuants. Les bétons fibrés nécessitent souvent undosage en superplastifiant plus élevé pour mainte-nir l’ouvrabilité du béton. Des essais peuvent êtrenécessaires pour déterminer, la nature, la taille et ledosage des fibres en fonction des caractéristiqueset des performances requises.

3.4.6 - Les domaines d’applicationdes bétons fibrés

Les bétons fibrés peuvent être utilisés pour unegrande variété d’applications en bâtiment et engénie civil :– béton coulé en place (dalles, planchers, fonda-

tions, voiles, pieux, etc.) ;– béton préfabriqué (poutres, voussoirs, tuyaux

d’assainissement, etc.) ;– béton projeté (voie mouillée/voie sèche, cons-

truction et réparation de tunnels, confortementde parois, etc.) ;

– mortiers (prêts à l’emploi) de réparation et descellement.

Le choix du type de fibres est fonction du domained’application et des performances souhaitées

3.4.7 - Les fibres polypropylène

Ces fibres obtenues par extrusion du polypropy-lène, se présentent en faisceaux ou sous forme defilament individuel. Lorsqu’elles sont utilisées sousforme de faisceaux, elles se séparent lors du mal-axage. Elles se répartissent de façon multidirec-tionnelle dans le béton.

Les fibres polypropylène permettent en particulierde mieux contrôler le retrait plastique du bétonfrais mais n’améliorent pas son comportement post-fissuration (contrairement aux fibres métalliques).

Elles améliorent la maniabilité et la cohésion dubéton (en particulier dans le cas de béton projeté).Elles sont particulièrement souples et insensibleschimiquement mais peu résistantes au feu (tempé-rature de fusion comprise entre 140 à 170 °C).

La fabrication du béton avec des fibres de polypro-pylène ne soulève pas de difficulté particulière. Larépartition des fibres est facile et ne nécessite pasde précautions spécifiques lors du malaxage.L’optimisation de l’adjuvantation permet de réali-ser des bétons dont l’ouvrabilité est conservée. Legrand avantage des bétons de fibres de polypro-pylène est leur bonne résistance à la fissuration dueau « premier retrait », ainsi que leur résistance auxchocs.

De ces propriétés découlent les applications privi-légiées des bétons de fibres de polypropylène:– dallages et aménagements urbains ;– produits préfabriqués (parements) ;– mortiers projetés ;– enduits ;– sculptures.Les propriétés des fibres polypropylène sont intéressantes pour les pièces à démoulage immé-diat (meilleur comportement du béton frais) et les

Page 121: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

123

éléments préfabriqués (meilleure résistance méca-nique au jeune âge). Elles améliorent l’aspect et laprécision des angles, des tranches ou des arêtesdes pièces moulées. Elles permettent de réaliserdes parements esthétiques, avec des motifs trèsprécis, et sont utilisées aussi pour la formulationdes bétons projetés ou des mortiers de réparation.

Atouts des fibres polypropylène pour latenue au feu des bétons

Le béton est un matériau poreux qui renferme del’eau dont une partie correspond à de l’eau excé-dentaire nécessaire à l’ouvrabilité à l’état frais. Encas d’élévation importante de la température,l’eau, restée prisonnière, se transforme en vapeur.Dans le cas des bétons particulièrement compacts,l’élévation de la température est susceptible decréer des contraintes internes pouvant entraîner unécaillage du béton en surface.

L’incorporation dans le béton de fibres polypropy-lène (1 à 3 kg/m3) permet d’améliorer la tenue aufeu des bétons dont la compacité est particulière-ment élevée. Les observations montrent que lesfibres fondent lorsque les températures atteignent140 à 170 °C. Elles créent ainsi en fondant unréseau tridimensionnel constitué d’une multitudede petits capillaires connectés (réseaux de drains)susceptibles de permettre à la vapeur d’eau de s’é-chapper évitant ainsi les surpressions. Ce phéno-mène constitue un moyen efficace pour limiterl’écaillage de surface d’un béton soumis à une élé-vation de température excessive.

3.4.8 - Les fibres métalliques

Les fibres métalliques, notamment d’acier, ont faitl’objet de nombreuses recherches pour développerleurs emplois dans le béton. Elles présentent unetrès bonne compatibilité avec le béton.

Les recherches visant à améliorer l’adhérence aubéton ont permis de développer une grandevariété de fibres capables, par leur forme ou leurétat de surface, de mieux s’ancrer dans le béton :– fibres ondulées - crantées - torsadées-droites ;– fils, rubans ;– fibres à extrémités aplaties, à crochets, à têtes

coniques, etc.

Les bétons de fibres métalliques ont une bonnerésistance à la traction et à la flexion. Ils sont utili-sés dans les dallages et les sols industriels (sur solou sur pieux), pour la fabrication de voussoirs detunnels, de coques ou la confection de pieux oupour réaliser des bétons projetés (pour la construc-tion ou la réparation de revêtements de tunnels etde galeries et le confortement de parois de soutè-nement en béton), pour la réalisation de nombreuxproduits préfabriqués ainsi que pour la confectionde mortier de réparation ou de scellement.

Atouts des fibres métalliques dans les bétons structurels

Les fibres métalliques sont utilisées pour améliorerle comportement mécanique d’un béton de struc-ture. En effet, elles contribuent à la réduction de lalargeur des fissures dans la matrice béton (limita-tion de l’ouverture des fissures et répartition de lamicrofissuration).

Elles se substituent partiellement aux armaturestraditionnelles. Dans certains cas, pour des bétonssubissant de faibles sollicitations, elles peuventmême remplacer complètement les armatures.Elles sont, en particulier, utilisées pour réduire lesrisques de fissuration, espacer les joints de retrait,améliorer la résistance en traction et au choc. Ellesconfèrent au béton une certaine ductilité et uneplus grande résistance à la rupture.

Spécificité du comportement des bétons fibrés avec des fibres métalliques

Si l’on applique un effet de traction au béton fibré,il se comporte avant rupture selon trois phases :– les fibres et le béton agissent ensemble dans une

phase élastique ;– des microfissures se produisent, l’effort de trac-

tion est repris par les fibres qui limitent la propa-gation de la fissuration ;

– les fissures se développent, les fibres perdentleur adhérence avec la matrice.

Toute fibre d’acier qui traverse une fissure crée enquelque sorte un « pont » entre les deux bords dela fissure. Ce pont va permettre le transfert d’unepartie de la contrainte ayant entraîné l’ouverture dela fissure. C’est ainsi qu’une fibre s’oppose à l’élar-gissement de la fissure, jouant véritablement lerôle d’une couture et augmente la résistance dubéton après fissuration.

Page 122: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Chapitre •3

124

Les bétons aux nouvelles performances

Les fibres métalliques permettent donc de "coudre"les microfissures et évitent leur propagation, ce quiempêche ou retarde l’apparition de macrofissures.Elles apportent des caractéristiques mécaniquespost-fissuration au béton.

Du fait de leurs propriétés, les fibres métalliquestrouvent un vaste domaine d’applications, si l’onveut réduire les risques de fissuration, espacer lesjoints de retrait, augmenter la résistance aux chocset tirer parti de l’amélioration de la résistance entraction pour optimiser le dimensionnement despièces.

3.4.9 - Les fibres de verre

Les fibres de verre sont, grâce à leurs qualitésmécaniques et leur rigidité, des renforts très effica-ces, mais elles sont sensibles aux alcalis libérés parl’hydratation du ciment (protection ou imprégna-tion nécessaire).

NotaCertaines fibres de verre présentent despropriétés « alcali-résistantes ».

Atouts des fibres de verre comme armatures de parois minces

En préfabrication, les domaines d’application sonttrès vastes. Les fibres de verre permettent la réali-sation d’éléments de faible épaisseur (élémentsarchitectoniques, éléments de bardage, panneauxde façade, etc.), de mobilier urbain et de produitsd’assainissement.• Panneaux de façade minces de 10 à 15 mm

d’épaisseur ou panneaux sandwich à isolantincorporé.

• Éléments de bardage et éléments décoratifs.• Éléments divers : coffret, coffrages, habillages.• Produits d’assainissements : tuyaux, caniveaux.

Elles présentent une excellente résistance au feu (jus-qu’à 800 °C). Cette caractéristique et son coefficientde dilatation du même ordre que celui de la pâtede ciment confèrent aux bétons de fibres de verreune bonne résistance à des températures élevées.

Sur chantier, les mortiers de fibres de verre s’utili-sent pour les enduits extérieurs monocouches, ainsique pour certains procédés d’isolation thermique.

NotaLes bétons de fibres de verre sont couram-ment dénommés CCV (Composite CimentVerre) ou, en anglais, GRC (Glass ReinforcedCement).

3.4.10 - Les techniques de mise en œuvre

Les bétons fibrés peuvent être mis en œuvre sousdifférentes formes.• Béton coulé en place :

– à la pompe ;– à l’aide d’une benne munie d’un manchon.

• Béton préfabriqué.• Béton projeté.

NotaL’incorporation des fibres dans le bétondoit être particulièrement soignée, ellepeut se faire :– au malaxage (en centrale à béton) ;– au moment du coulage (dans la toupie

sur le chantier) ;– lors de la projection (béton projeté).

L’emploi de superplastifiant est recommandé pourcompenser la diminution d’ouvrabilité provoquéepar l’incorporation de fibres.

Page 123: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

125

DomaineType de fibres Dosage courant

d’application privilégiéExemples d’application

– Dallages, sols industriels, planchers,dalles de compression

– Éléments préfabriqués –0,5 à 2 % Renfort pour voussoirs de tunnels, poutres,

Fibres en volume bétons structurels conteneurs, tuyauxmétalliques et armature – Bétons projetés en travaux

40 à 160 kg/m3 structurelle souterrains, stabilisation de pente et ouvrages d’assainissement

– Pieux de fondation, semellesfilantes

– Dallage0,5 à 2 % Limitation de la fissuration – Voussoirs de tunnels

Fibres en volume liée au retrait – Revêtement d’ouvragespolypropylène Amélioration de la tenue souterrains

0,5 à 2 kg/m3 au feu des bétons – Mortiers projetés– Parements esthétiques

Réalisation d’éléments– Parements architectoniques

Fibres de verre 1 à 2 %préfabriqués très minces

– Panneaux de façade– Éléments décoratifs

Domaines d’application privilégiés par type de fibres

Page 124: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Chapitre •3

126

Les bétons aux nouvelles performances

Les progrès dans le domaine des adjuvants, desméthodes de formulation et de l’utilisation desultrafines ont conduit à une évolution spectaculairedes bétons. La gamme s’est élargie : des bétonscourants de résistance en compression de 30 MPaaux Bétons à Hautes Performances (BHP).

Une rupture technologique est intervenue au débutdes années quatre-vingt-dix avec la mise au pointde bétons dont la résistance est de l’ordre de 200 MPa en compression et de 40 MPa en tractionpar flexion. Grâce à cette dernière caractéristique,on peut désormais envisager de se passer desarmatures passives dans les éléments structurels etrévolutionner les techniques et méthodes de cons-truction en concevant de nouvelles structures.

Les BÉTONS FIBRES À ULTRA HAUTES PERFOR-MANCES (BFUP), derniers nés de cette générationde bétons, sont des matériaux à matrice cimen-taire, renforcés par des fibres. Leurs formulationsfont appel à des adjuvants superplastifiants et descompositions granulaires spécifiques ainsi qu’à desfibres (fibres métalliques, polymères ou minérales).La présence de fibres, les performances en tractionet leur comportement ductile permettent de s’af-franchir dans certains cas des armatures passives.

Ces bétons offrent des performances exceptionnel-les :– une très grande ouvrabilité ;– des résistances caractéristiques à la compression

à 28 jours très élevées comprises entre 130 et250 MPa, ainsi qu’à la traction (valeur compriseentre 5 et 12 MPa) ;

– de hautes résistances à court terme (24 heures) ;– des résistances mécaniques au jeune âge très

élevées ;– une compacité très importante ;– une durabilité exceptionnelle (ce qui permet de les

utiliser dans des environnements très agressifs) ;– une ductilité (déformabilité sous charge sans rup-

ture fragile) importante ;

– une ténacité (résistance à la micro-fissuration)élevée ;

– un retrait et un fluage très faible ;– une dureté de surface très importante ;– une grande résistance à l’abrasion et aux chocs,– une faible perméabilité ;– des aspects de parements particulièrement

esthétiques et une texture de parement très fine ;– une optimisation des frais de maintenance et

d’entretien des ouvrages ;– de nouvelles perspectives constructives.

L’évolution des BFUP par rapport aux Bétons àHautes Performances (BHP) se caractérise par :– leurs très grandes résistances en compression

mais aussi en traction ;– leur fort dosage en ciment (700 à 1000 kg/m3) et

en adjuvants ;– leur squelette granulaire spécifique (4 à 5 échel-

les de grains) et l’optimisation de leur empile-ment granulaire ;

– l’utilisation de granulats de faibles dimensions ;– une teneur en eau beaucoup plus faible ;– la présence de fibres (à un taux élevé de l’ordre

de 2 à 3 % en volume).

Les BFUP peuvent aussi être associés à de la pré-contrainte par pré-tension ou par post tension, cequi permet d’accroître les performances méca-niques. Les diverses formulations des BFUP per-mettent de leur conférer des propriétés adaptéesaux exigences spécifiques des projets.

3.5.1 - Principe de formulation des BFUP

L’obtention de résistances élevées et de faiblesperméabilités aux agents agressifs passe par uneréduction très importante de la porosité et plus

3.5 Les Bétons Fibrés à Ultra hautesPerformances – BFUP

Page 125: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

127

précisément du réseau des pores connectés, enjouant sur deux paramètres.

• Une teneur en eau extrêmement faible (rapporteau/ciment < 0,25 voire 0,20) grâce à l’utilisationoptimisée de superplastifiants qui défloculent lesparticules fines.• Une compacité maximale, obtenue en utilisantdes composants correspondant à plusieurs classesgranulaires (classiquement quatre, qui incluentciment, ultrafines, fillers et sable). La taille et laquantité des plus gros grains sont considérable-ment réduites (diamètre maximal variant de 1 à7 mm). L’optimisation de l’empilement granulairepermet de diminuer le volume des vides. Les BFUPprésentent donc une très faible porosité capillaire.

Les ultrafines utilisées dans les BFUP sont en géné-ral des fumées de silice qui remplissent les espacesintergranulaires optimisant la compacité du maté-riau, et qui réagissent grâce à leur pouvoir pouzzo-lamique avec la chaux issue de l’hydratation du

ciment. Elles participent activement à la résistancede l’ensemble et ferment le réseau des pores à ladiffusion des ions et des gaz. D’autres ultrafinespeuvent être également utilisées telles que lesmicrofillers calcaires ou siliceux et les pouzzolanesnaturelles ou artificielles (métakaolins).

L’emploi d’adjuvants tels que les plastifiants réduc-teurs d’eau et les superplastifiants fludifiants per-met de formuler les BFUP avec un très faiblerapport Eau/Liant équivalent.

Les fibres, composant clé des BFUP confèrent aumatériau sa ductilité. Ces fibres ont une longueuradaptée à la taille du plus gros grain et une sectionla plus faible possible pour garantir un bon ancrage.Elles ont en général un diamètre de 0,1 à 0,3 mmet une longueur de 10 à 20 mm. Les fibres métal-liques sont utilisées pour des applications structu-relles nécessitant des résistances mécaniquesimportantes, les fibres polymères et minérales plu-tôt pour des applications esthétiques.

Ciment Sable Quartz Fumée Fibres Adjuvant Eaufin broyé de silice métalliques (extrait sec) totale

710 kg 1020 kg 215 kg 230 kg 160 kg 10 kg 140 l

1075 kg 1030 kg — 160 kg 220 kg 35 kg 200 l

Exemples de formulations de BFUP (pour 1 m3)

Page 126: Les bétons : formulation, fabrication et mise en oeuvre

Chapitre •3

128

Les bétons aux nouvelles performances

3.5.2 - Microstructure des BFUPet potentiel de cicatrisation

Les BFUP sont des matériaux à structure micrométrique. La microstructure des BFUP est laclé de leurs performances. Elle leur confère unetrès faible porosité. Les composants des BFUPvarient du millimètre au nanomètre.

À grossissement relativement faible (200 fois), lapâte d’un BFUP laisse apparaître en clair des parti-cules de clinker non hydraté qui jouent le rôle demicrogranulats à surface très active et de hautmodule d’élasticité (120000 MPa). La phase griseinterstitielle représente le mélange des silicates decalcium hydratés et de fumée de silice.

Le dosage en eau est inférieur à celui nécessairepour l’hydratation complète du ciment. Les BFUP

possèdent ainsi une réserve de ciment anhydre quileur procure un potentiel d’autocicatrisation en casde fissuration. L’eau pénétrant éventuellement parles fissures va permettre la formation d’hydrates ausein des microfissures en réagissant avec les grainsde clinker résiduel. Ce phénomène constitue unatout particulièrement intéressant en termes dedurabilité pour ce matériau.

La démarche s’appuie sur deux principes essentiels:– diminuer la porosité du matériau ;– optimiser le squelette granulaire.

> Diminuer la porosité du matériau

• Réduction de l’eau excédentaire en n’utilisantdans le mélange que l’eau nécessaire à l’hydrata-tion du ciment. Dans les bétons traditionnels, unegrande partie de l’eau ne sert qu’à assurer unebonne ouvrabilité du béton frais et donc unebonne mise en place dans les coffrages. Cetteeau libre dans le béton durci s’évapore ensuiteen générant de la porosité et en contribuant auxdéformations différées de retrait et de fluage.

• Fluidification du mélange en défloculant lesgrains de ciment (plongés dans l’eau les grainsde ciment ont tendance à s’agglomérer).L’utilisation de superplastifiants permet d’éviterla floculation des grains de ciment et donc deréduire l’eau nécessaire pour le gâchage.

> Optimiser le squelette granulaire

• Détermination de la distribution de la taille des grains, en tenant compte de leur forme et de leur résistance.

• Introduction des ultrafines (fumée de silice : co-produit principalement de l’industrie du silicium et du ferrosilicium) qui comblent lesmicros vides inter-granulaires, améliorent larhéologie à l’état frais et accroissent la résis-tance mécanique du béton, ainsi que sa durabilité, grâce à leurs propriétés pouzzola-niques (la fumée de silice réagit avec la chauxpour former de nouveaux composés qui densi-fient la matrice cimentaire).

• Sélection de chaque classe granulaire (4 à 5échelles de grains) afin d’obtenir un mélange à très haute compacité (granularité compre-nant notamment des éléments fins pour rem-plir les espaces entre les plus gros granulats).

PRINCIPE DE FORMULATION DES NOUVEAUX BÉTONS

Tassement d au retrait

BHPBFUP

Inclusions non jointives Squelette rigide

P tecimentaire

Fissure de retrait

Granulat

Effet de la souplesse du squelette granulaire sur le retrait endogène et la microfissuration.

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franchir des armatures classiques de béton armé.La résistance en traction des BFUP est de l’ordre de10 MPa.

Résistance en flexion

Selon le type de formule, les BFUP ont une résis-tance en flexion de l’ordre de 30 à 50 MPa.

3.5.4 - Traitement thermique

Les BFUP peuvent faire l’objet de traitements ther-miques juste après la fin de leur prise, ce qui permet:– d’obtenir des résistances mécaniques élevées

très rapidement ;– d’obtenir des performances en traction et en

compression plus élevées ;– d’améliorer la microstructure ;– d’améliorer la durabilité grâce à une réduction de

la porosité ;– de diminuer les effets différés du retrait et du

fluage ;– d’éviter tout risque de fissuration par retrait.Après traitement thermique, le retrait est quasiinexistant et le fluage très fortement réduit.

3.5.5 - Propriétés des BFUP

Les BFUP offrent de multiples propriétés adapta-bles aux exigences de chaque application.

Ouvrabilité

Les formules types de BFUP conduisent à des bétons,généralement, de consistance fluide ce qui permetun remplissage aisé des coffrages et des moules.La plage d’ouvrabilité est cependant très large. Ilest possible de réaliser des BFUP par extrusion etdes BFUP autoplaçants.

Ductilité

La ductilité (déformabilité sous charge sans rupturefragile), la résistance en traction et la ténacité (résis-tance à la micro-fissuration) des BFUP sont dues à

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3.5.3 - Performances mécaniques

Les BFUP présentent des performances exception-nelles aussi bien en compression qu’en traction eten flexion.

Résistance en compression

Le comportement en compression des BFUP estcaractérisé par leurs résistances en compression etleurs modules d’élasticité. La résistance caractéris-tique à la compression à 28 jours est compriseentre 130 et 250 MPa. Le module d’élasticité varieselon les formulations entre 40 et 80 GPA.

Résistance en traction

Le comportement en traction est caractérisé par :– un domaine de déformation élastique limitée par

la résistance en traction de la matrice cimentaire ;– un domaine post-fissuration caractérisé par la

résistance en traction du matériau fibré obtenueaprès fissuration de la matrice.

Le comportement dans le domaine post-fissurationpeut permettre pour certaines structures de s’af-

Micrographie au microscope électronique à balayage d’un BFUP200(grossissement 50) : la phase grise interstitielle représente le mélange dessilicates de calcium hydratés et de fumée de silice. En foncé les grains desable ; les grains blancs sont du clinker anhydre. Les ellipses blanchessont des sections de fibres métalliques. Pour observer la microstructure dela phase interstitielle (« pâte de BFUP »), une micrographie par microsco-pie électronique à balayage a été réalisée en mode électrons rétrodiffuséssur section polie (grossissement 200).

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Les bétons aux nouvelles performances

la présence des fibres (pourcentage variant généra-lement entre 2 et 3 % en volume) et à l’interactionfibre-matrice.

Ces propriétés permettent au matériau de sedéformer et de supporter des charges importantesmême après apparition des premières micro-fissu-res. Il devient donc possible de concevoir desstructures sans armatures passives et plus fiables.

Porosité

Les BFUP présentent une porosité très faible et nonconnectée à l’échelle du nanomètre ainsi qu’uneabsence de porosité capillaire.

Retrait - fluage

Dans les BFUP, le retrait endogène de la matricecimentaire est de l’ordre de 300 à 500 µm/m,comme pour les BHP, suite au faible rapporteau/ciment qui conduit à un diamètre des poresréduit. Ce retrait endogène n’est pas gêné par lesquelette granulaire, et la formation de microfissu-res est extrêmement faible.

Nota• Retrait endogène : 300 à 500 µm/m.• Retrait de dessiccation : 50 à 100 µm/m.• Retrait total : 5000 à 1000 µm/m.

Grâce à la faible teneur en eau du matériau et à l’u-tilisation de fumées de silice, la déformation souscharges permanentes (fluage) est très fortementréduite. Les valeurs de coefficient de fluage à long

terme sont de 0,8 pour les matériaux sans traite-ment thermique et 0,2 dans le cas d’un traitementthermique sont pris en compte pour le dimension-nement des ouvrages en BFUP.

Les propriétés spécifiques en termes de retrait(quasiment nul) et fluage (très faible) permettentde maîtriser toutes les difficultés de conceptionliées aux déformations différées. Elles sont particu-lièrement intéressantes pour la réalisation d’ouvra-ges précontraints par post-tension ou pré-tensioncar les pertes de précontrainte sont ainsi fortementréduites.

Cinétique de durcissement

Selon les conditions du chantier ou le procédé depréfabrication, on recherchera plutôt une résistanceà la compression à 16 heures de 50 MPa qui per-met la mise en tension précoce de câbles de pré-contrainte par post-tension, ou une résistance à lacompression de 200 MPa après un traitement ther-mique adapté.

Résistance au Feu

Les lois de comportement et de tenue au feu desBFUP sont différentes de celles des bétons cou-rants. Comme les autres bétons, le BFUP est incom-bustible (MO). Les dispositions constructivesdoivent être étudiées au cas par cas au regard dela résistance au feu. Les BFUP n’ont aucune contri-bution au développement d’un feu.

L’utilisation de fibres organiques permet de réaliserdes BFUP très résistants au feu. La nature des fib-res, leurs dimensions ainsi que leur dosage doiventêtre déterminés en fonction de l’application visée.

Coefficient de dilatation thermique

Le coefficient de dilatation thermique des BFUP estfonction du type de formulation. Généralement unevaleur de 1,1 x 10-5 m/°C peut être prise en compte.

Module d’élasticité

La valeur courante du module d’élasticité des BFUPest de l’ordre de 50 GPa à 80 GPa.

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Résistance au choc

Les BFUP présentent compte tenu de la présencede fibres une grande capacité de dissipation d’é-nergie, ce qui leur permet d’offrir une résistance auchoc important.

Conductivité thermique

Les BFUP ont une faible conductivité thermique(1,6 W/m/k).

Masse volumique

La masse volumique des BFUP est de l’ordre de2400 à 2600 kg/m3.

3.5.6 - Fabrication, transport et miseen œuvre des BFUP

Les BFUP sont, en général, manufacturés en sacs ouen Big Bag (de 500 kg ou 1 tonne) sous la formede pré-mélange à sec de poudres et de fibres (lesfibres et les divers adjuvants peuvent être condi-tionnés séparément). Le processus industriel deconditionnement bénéficie de procédures qualitégarantissant la régularité et l’homogénéité des for-mulations et des performances.

La fabrication des BFUP nécessite une grande précision du dosage et de la régularité des consti-tuants, des contrôles rigoureux et une méthodolo-gie parfaitement respectée. Une maîtrise parfaite

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de la quantité d’eau et du rapport eau/ciment estindispensable. Pour certains BFUP, les fibres sontincorporées en cours de malaxage. La durée entrela fabrication du BFUP et sa mise en place doit restercompatible avec les moyens de production et demise en œuvre. Aucun ajout d’adjuvant ou d’eaun’est autorisé après la fabrication du béton.

La fabrication nécessite en général des malaxeurs àfort gradient de cisaillement et possédant un grandpouvoir dispersant et une procédure de malaxagespécifique.

Les BFUP peuvent être adaptés à toutes les tech-niques de mise en œuvre. Ils sont en général auto-plaçants, leur mise en place dans les coffrages, à labenne avec une manchette ou par pompage nenécessite donc pas de vibration. Comme pour tousles bétons, des précautions particulières doiventêtre prises pour l’utilisation des BFUP à des tempé-ratures basses ou à l’inverse élevées. La cure doitêtre systématique et particulièrement soignée afind’éviter la dessiccation du béton.

Le caractère autoplaçant des BFUP permet le cou-lage des pièces à géométrie complexe ou de paroisde faible épaisseur.

3.5.7 - Durabilité des BFUP

Du fait de leur microstructure extrêmement dense,de leur porosité capillaire très faible et de leur com-pacité, les BFUP présentent des caractéristiques dedurabilité exceptionnelles, quel que soit l’environ-

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Les bétons aux nouvelles performances

nement, notamment dans les domaines suivants :résistance aux cycles gel-dégel, résistance aux selsde déverglaçage, à l’eau de mer, aux sulfates, résis-tance à la carbonatation, résistance à la pénétrationd’ions agressifs et des acides faibles, résistance àl’abrasion, aux chocs, excellente tenue aux tempé-ratures élevées ainsi qu’aux ultraviolets.

La matrice cimentaire des BFUP constitue un milieuquasi imperméable à l’air et à la pénétration desdivers agents agressifs.

Ces valeurs sont données à titre indicatif, ellesdépendent du type de BFUP, de sa formulation etde son process de fabrication. Certaines valeurssont extraites du guide AFGC, pour la présentationdes modes opératoires des essais, il convient des’y reporter.

3.5.8 - Domaines d’applicationspotentiels des BFUP

Les nombreuses qualités des BFUP, permettentd’envisager une multitude d’applications aussi bienen structure de génie civil (poutres précontraintespar pré ou post tension, canalisations, conteneurs,ouvrages offshore, couvertures de grande portée,silos, réservoirs, cuves de rétention, tours de refroi-

dissement, murs de soutènement, dalles, structu-res triangulées, voussoirs de tunnels, etc.) qu’enbâtiment (poutres, poteaux élancés, planchers degrande portée, etc.) et leur utilisation dans desapplications innovantes jusque-là inaccessibles aumatériau béton et réservées à d’autres matériaux.

En règle générale les BFUP à base de fibres métal-liques sont destinées à des applications structurel-les, ceux à base de fibres organiques à desapplications architectoniques (éléments architectu-raux, panneaux de façade, corniches, parementsd’ouvrage, lames pare-soleil, mobiliers urbains,panneaux acoustiques, sculptures, etc.).

Les BFUP sont utilisés aussi bien par l’industrie dubéton pour constituer des produits préfabriquésque directement sur chantier. Ils sont en généralautoplaçants et parfaitement pompables.

On peut définir les domaines d’applications enfonction des caractéristiques du matériau principa-lement valorisées : résistances (mécaniques, à l’a-brasion, au choc, etc.), durabilité (porosité nulle,compacité élevée, etc.), esthétique et flexibilité desformes.

Valorisation de la résistance des BFUP

Le comportement mécanique du matériau permetde concevoir des ouvrages particulièrement élan-cés et légers et une grande variété de formes,notamment avec des concepts innovants tels quedes structures en treillis. Il permet de réduire lesvolumes de béton à mettre en œuvre, d’affiner lesstructures et donc de réduire le poids des ouvrageset leur impact sur les fondations.

Pour les bâtiments de grande hauteur, par exem-ple, la réduction de section des poutres permet deconstruire à coûts et à hauteur égaux un étage sup-plémentaire. De même, il devient possible de réali-ser des portées plus grandes et des plateaux libresou encore d’accroître la surface d’habitation. Leursperformances mécaniques à court terme contri-buent à optimiser les procédés de construction.L’utilisation de la précontrainte valorise au maxi-mum les très hautes résistances en compression, entraction ou en flexion du matériau.

Propriétés Valeurs

Porosité 2 % à 5 %

Perméabilité à l’azote 1 à 5.10-20 m2

Gel-dégel :– module résiduel après 300 cycles 100 %– perte de masse après 300 cycles < 10 g/m3

Abrasion (coefficient CNR) 1,3

Carbonation :pénétration sur 15 mm

> 12000 ans

Corrosion :coefficient de diffusion effectif

0,02

Perméabilité à l’oxygène < 10-9 m2

Coefficient de diffusiondes ions chlorure

210-14 m2/s

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Liberté de création et de forme

L’absence d’armatures passives variées et les résis-tances élevées du matériau facilitent la réalisationde formes variées pour la construction de structu-res légères et élancées, et l’élaboration de formescomplexes (coques, voiles minces, sculptures, etc.)Les BFUP offrent une nouvelle dimension à la créa-tion de formes et de volumes.

Valorisation de la durabilité des BFUP

Les BFUP sont particulièrement adaptés aux envi-ronnements sévères tels que de fortes variationsde température ou d’hygrométrie ; des agressionschimiques par des ions chlorure ou des acides, descycles de gél-dégel, etc. Ils permettent d’envisagerla réalisation d’ouvrages offrant de grandes duréesde service pratiquement sans entretien ni répara-tion. Les gains sur la porosité du béton limitentl’enrobage nécessaire des armatures éventuelles(armatures passives ou actives).

Valorisation des qualités esthétiques des BFUP

La gamme des BFUP fluides, au besoin complétéspar des pigments, permet d’obtenir des texturestrès variées et des parements lisses, satinés, mats,brillants, homogènes et très réguliers présentantd’excellentes qualités esthétiques. Leur capacité àêtre moulé permet de reproduire les détails trèsprécis de la microtexture de la peau du coffrage oudu moule.

3.5.9 - Document de référence

Le document de référence pour les BFUP à étéédité en janvier 2002 par l’Association Française deGénie Civil (AFGC) dans sa collection de docu-ments scientifiques et techniques : « Bétons Fibrés àUltra-hautes Performances Recommandations pro-visoires ».

Ce document bilingue français-anglais, fruit du tra-vail d’un groupe d’experts de l’AFGC, du SETRA etdes principaux organismes publics ou privés, syn-thétise l’ensemble des informations et recomman-dations permettant l’emploi de ces nouveauxmatériaux. Il intègre les recherches, les résultatsd’essais sur les divers matériaux développés cesdernières années et les retours d’expérience surplusieurs chantiers.Ce guide s’appuie sur les recommandationsconcernant les bétons de fibres métalliquespubliées par l’AFREM (Association française derecherche et d’essais sur les matériaux de cons-truction) et sur le cahier des charges établi par EDFpour les poutres en BFUP utilisées pour les centra-les nucléaires de Cattenom et de Civeaux. Lesrecommandations se décomposent en trois par-ties : la caractérisation du matériau BFUP (lois decomportement, spécifications sur les performancesmécaniques, contrôles qualité, modes opératoiresde mise en œuvre, etc.), la conception et le calculde structures en BFUP et la durabilité. Il constitueun référentiel permettant de dimensionner lesBFUP dans les bâtiments et les structures de géniecivil. Il est disponible sur commande à l’AFGC.

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3.5.10 - Dimensionnement des structures en BFUP

Les recommandations du guide AFGC définissenten particulier les spécifications sur les performan-ces mécaniques et les prescriptions de mise enœuvre et de contrôle, précisent les règles etméthodes de dimensionnement des structures enBFUP en proposant des lois de comportement dumatériau et justifient la durabilité de ce nouveaubéton. Elles permettent de dimensionner lesouvrages en BFUP en s’affranchissant pour certai-nes structures des armatures passives.

Le fonctionnement des BFUP est basé sur la résis-tance propre à la traction des fibres après fissura-tion de la matrice cimentaire. Si cette résistance estsuffisante, selon le fonctionnement de la structureet les charges auxquelles elle est soumise, on peutse dispenser d’armatures. Les méthodes dedimensionnement proposées par les recommanda-tions sont établies à partir des règlements françaisde calculs du béton armé (BAEL) et du béton pré-contraint (BPEL) basé sur des vérifications semi-probabilistes aux états limites. Elles précisent leséléments permettant d’intégrer l’influence desméthodes de mise en œuvre sur les valeurs derésistances à prendre en compte pour le dimen-sionnement. L’emploi de précontrainte par pré oupost tension permet d’augmenter les performan-ces matériau.

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Les bétons aux nouvelles performances

3.5.11 - Conclusions

Les BFUP compte tenu de leurs multiples perfor-mances s’adaptent aux diverses contraintes et exi-gences des ouvrages. Ils ouvrent de grandesperspectives d’applications pour les ouvragesnécessitant résistances importantes, durabilité etesthétisme. Ils répondent aux évolutions majeuresde la construction en permettant d’optimiser lesdimensionnements (augmentation des portées,réduction des quantités de matériaux utilisés), deréduire la durée des chantiers et les coûts globauxdes ouvrages, d’améliorer l’esthétique des pare-ments et la pérennité des structures et d’offrir uneliberté architecturale. Ne nécessitant en général nivibration, ni armatures passives, les BFUP permet-tent une diminution de la pénibilité sur les chan-tiers. Ils satisfont les exigences et tendancesactuelles du secteur de la construction : réduire lestemps de travail, l’impact sur l’environnement touten augmentant la sécurité sur les chantiers. Leursperformances exceptionnelles offrent la possibilitéde nouveaux domaines d’applications et de nou-velles structures de bâtiment ou de génie civil.

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Crédit photographiqueH. Abadie [37-41-55], R. Araud [44], L. Boegly [42],

R. Bouchu [82-83-105], BPE, Cerib, H. Chapon,

CLC, P. Donnaes [118], Grace-Pieri, R. Holak, Holcim,

M. Ivry, Y. Kerveno, Lafarge, J.-M. Landecy [46],

G. Maucuit-Lecomte, M. Moch, J.-M. Monthiers [77-116],

D. Morog, Rector, P. Ruault [133], E. Saillet [43], Vicat,

A. Vavel [69], P. Vonken, VPI, O. Wogensky [37],

P. Zanek [49], tous droits réservés.

Illustration de la couvertureDavid Lozach

Mise en page et réalisationAmprincipe ParisR.C.S. Paris B 389 103 805

ImpressionImprimerie Chirat

Édition octobre 2006

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7, place de La Défense

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