LE POUSSEE DU BETON FRAIS

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1 LE POUSSEE DU BETON FRAIS Comment le béton frais agit-il sur le coffrage? Que vaut la pression exercée par le béton? On observant le comportement du béton frais sans maintient pour une ouvrabilité inférieure à 7cm, on peut noter que le béton ne tient pas seul comme un matériau solide. Mais, il ne s étale pas non plus comme un liquide. Ainsi, le béton frais s affaisse à peu près comme un liquide en haut pour se stabiliser à sa base en forme de voute. Comment déterminer la poussée produite par le béton sur le coffrage? Cette approche intègre ainsi trois phénomènes : 1. La poussée hydrostatique, 2. L effet limitant cette poussée du fait de la plasticité du béton, 3. L effet de stabilisation de l affaissement du béton à sa base en forme de voûte. La poussée hydrostatique : En approchant l état du béton à l état liquide, le béton pousse le coffrage à l horizontale. L intensité de cette poussée est égale à la pression exercée par la masse du béton. KN/m La pression vaut : 25KN/m² x h Profondeur du béton m Cette modélisation ce vérifie jusqu à 6m de profondeur. Au-delà le béton se stabilise et produit une poussée limitée à 25 x 6 = 150KN/m. 1

2 Exercice : Voile banché de 3.50m de hauteur et 0.40m d épaisseur x 25 = 87.5 KN/m 87.5KN Cela signifie qu en fond de coffrage sur une bande de 1 mètre de large, la poussée de béton vaut 87.5KN/m. Cette modélisation signifie que si le coffrage est retiré, le béton s étale au sol comme de l eau. Mais ce n est pas exactement la réalité, car son étalement est limité du fait qu il est plastique. Cet effet de plasticité limite donc la poussée hydrostatique du béton. L effet de plasticité ou effet de durcissement : Cet effet de plasticité est dû à la cohésion entre les grains. Cette cohésion limite l étalement du béton par un maintien partiel. Cet effet plastique dépend de la plasticité du béton mais également de la vitesse de coulage. «Les valeurs de limitation de la poussée hydrostatique sont rassemblées sur un graphe selon la vitesse de levée et l affaissement». Plus la valeur de la poussée de béton est grande, plus le béton a besoin du coffrage pour ce maintenir et moins la cohésion plastique n a d effet sur le maintien du béton. - Pour la même ouvrabilité la valeur poussée augmente avec la vitesse de levée. - Cela signifie que plus la vitesse de levée est rapide, moins le béton parvient à se maintenir seul, plus il se comporte comme un liquide et plus il pousse sur le coffrage. - Pour la même vitesse de levée, plus l ouvrabilité est grande, plus la valeur de la poussée est grande. - Cela signifie que moins le béton est plastique, moins il se maintien seul et plus il exerce de pression sur le coffrage. 2

3 Vitesse de levée : Les voiles de 0.40m d épaisseur sont coulés par tranche de 11.25m. Le béton est coulé par un benne à béton de 1.25m3. La benne est vidée de façon répartie sur la longueur du coffrage en moyenne en 4 minutes. La benne est vidée sur une surface de : x 0.40 = 4.50m². La levée du coulage par benne vaut : 1.25 / 4.5 = 0.30m. La vitesse de levée vaut : 0.30 / 4 = 0.075m/minute soient : x 60 = 4.5m/h. La lecture du graphe montre que pour un affaissement de 7 cm et une vitesse de levée de 4.5m/h, la plasticité limite la poussée hydrostatique à 150KN. Comme la poussée hydrostatique a une valeur maximale de 87.5KN, à cette vitesse de coulage la plasticité du béton ne produit aucun effet, il se comporte comme un liquide. Il est à observer également que la valeur maximale vaut 50KN/m. La poussée hydrostatique parvient à cette valeur à partir d une profondeur de 50/25 = 2m. Autrement dit, la limitation de la poussée hydrostatique par la plasticité du béton ne s observe que pour des parois verticales d une hauteur supérieure à 2m et pour une vitesse de levée très lente. L effet de voûte : Cet effet ne s observe que pour les bétons dont l affaissement est inférieur à 7.5cm. Cet effet dépend aussi de la largeur du coffrage et de la vitesse de levée. Plus le coffrage est large, plus le béton s étale et moins cet effet est observé. De même, plus la hauteur de coulage augmente, moins le béton a le temps de se stabiliser. «Les valeurs de limitation de la poussée hydrostatique sont rassemblées sur un graphe selon la vitesse de levée et l épaisseur du coffrage». Comme pour la plasticité, plus la vitesse de levée est rapide, moins l effet de voûte se produit et plus le comportement du béton se rapproche de celui d un liquide. Il en est de même pour l incidence de l épaisseur de la pièce bétonnée. Plus elle est épaisse, moins l effet se produit. 3 La lecture du graphe montre que la formation d une voûte à la base du béton limite la poussée hydrostatique à 65KN. Ici la voûte se forme à une profondeur de 65/25 = 2.6m.

4 Cela signifie qu à partir d une profondeur de 2.6m le béton ne se comporte plus comme un liquide : il s étale moins et s affaisse moins pour former une voûte qui exerce une pression régulière sur le coffrage de 65KN. En somme, la pression exercée par le béton sur le coffrage à cette forme et ces valeurs. Cette hypothèse, nécessite de garantir que le béton livré sur le chantier a effectivement un affaissement inférieur à 7.5cm et que la vidange de la benne à béton est répartie sur la surface du voile. Remarque : Pour un voile de bâtiment classique c est-à-dire d une hauteur de 2.50m d épaisseur de 0.20m et d une vitesse de levée proche de 9m/h, l effet de voûte ne se produit pas. Le graphe indique une pression de 65KN/m. Hors la poussée hydrostatique atteint cette valeur à partir d une hauteur de 65/25 = 2.60m. Pour un voile classique, le béton frais se comporte comme un liquide et sa poussée croît régulièrement de 0 à 25 x 2.5 = 62.5KN/m. Les effets produits par la plasticité du béton n ont de conséquences significatives que sur les éléments de forte hauteur (à partir de 3 mètres) ou sur des éléments coulés très lentement. En dehors de cela, le béton frais se comporte comme un liquide. Que vaut globalement cette poussée et ou s applique-t-elle? Le raisonnement est conduit sur une bande de coffrage de 1m de largeur. Globalement, la poussée est la somme de chaque poussée ponctuelle. Autrement dit, c est la surface des poussées ponctuelles. Cette surface peut être décomposée en un triangle et un rectangle. La surface du triangle vaut : 2.6 x 65 / 2 = 84.5KN La surface du rectangle vaut : 0.9 x 65 = 58.5KN La poussée globale est : = 143KN La poussée s applique au centre de gravité des forces. C est la composition du centre de gravité du triangle affecté d une force de 84.5KN et du rectangle affecté d une force de 58.5KN. 4

5 En se repérant par apport à la base du coffrage : Le centre de gravité du triangle se situe à : 1/3 x = 1.77m Le centre de gravité du triangle se situe à : 0.9 / 2 = 0.45m Le centre de gravité global se situe à : (1.77 x x 58.5) / 143 = 1.23m 143KN 1230 Globalement, la poussée du béton produit une force de 143KN qui s applique à 1.23m du bas du coffrage. Remarque : Pour un voile classique la poussée globale du béton frais sur une bande de 1m de large vaut : 2.50 x 62.5 / 2 = 78KN. Cela représente une masse de 7.8t par largeur de 1m. Cela montre l importance du problème de la stabilité des coffrages par rapport à cette poussée. Quels effets cette poussée produit-elle sur le coffrage? La charge est horizontale et sa résultante ne s applique en pied de coffrage. La poussée produit donc deux effets. Elle pousse le coffrage horizontalement, ce qui peut provoquer une translation horizontale du coffrage. Le fait que la résultante n est pas en pied de coffrage, la poussée tend à faire basculer le coffrage. Elle produit un moment sur le coffrage. La stabilité du coffrage est obtenue lorsque les ancrages compensent la poussée horizontale et le basculement du coffrage. 5

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