Le béton, un matériau pour des constructions étanches?

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1 Le béton, un matériau pour des constructions étanches? Claude Ployaert Concrete Technology Engineer 21/01/2016

2 Agenda 1 2 Introduction Spécification du béton 3 Mise en œuvre du béton 4 Maîtrise des déformations du béton

3 1 Introduction

4 1 Les notions à maîtriser Introduction Le béton, un matériau poreux! Le béton, un matériau perméable?

5 1 Les notions à maîtriser Introduction 1 2 3

6 1 Les notions à maîtriser Introduction Type de béton : compact, de qualité, spécification correcte Mise en œuvre soignée et cure du béton Etanchéité de la construction Maîtrise des déformations dues au retrait du béton Conception adéquate (joints, )

7 2 Spécification du béton

8 2 Spécification d un béton Spécification du béton

9 2 Spécifications minimales d un béton pour une construction étanche Spécification du béton Conformité aux normes NBN EN et NBN B C30/37 BA EE3 S3 ou S4 20 ou 32 mm T(0,50) C35/45 BA EE4 S3 ou S4 20 ou 32 mm T(0,45) Exigences complémentaires : Min. 350 kg/m³ ciment LA WAI (0,50) ou WAI (0,45) selon l annexe O de la NBN B BENOR

10 2 Béton étanche : rapport E/C 0,50 Spécification du béton Le moins d eau possible 0,50 Ciment : 350 kg Eau : 175 kg

11 2 Le béton est un matériau poreux Spécification du béton Ciment + eau (hydratation) formation d une microstructure continue Plus la quantité d eau est importante, plus les plaquettes hydratées sont éloignées Eau adsorbée (eau de gel) Pore capillaire Plaquette hydratée (avec eau liée chimiquement)

12 2 Le béton est un matériau poreux Spécification du béton Quantité d eau qu un ciment portland peut lier chimiquement : ± 25 % de la masse du ciment Une quantité d eau de ± 15 % de la masse du ciment est adsorbée physiquement à la surface des produits d hydratation Les produits d hydratation occupent un volume inférieur à la somme des volumes de l eau et du ciment qui sont à leur origine. A l intérieur de l espace occupé, un vide s est créé, il s agit des pores capillaires. Ils sont soit vides, soit remplis d eau car en général, le rapport E/C est > 0,40 pour une bonne mise en œuvre du béton Il existe aussi des vides de compactage (air occlus)

13 2 Le béton est un matériau poreux Spécification du béton Limiter le rapport E/C et la quantité totale en eau = Béton compact + Gage de durabilité Comment mesurer cette porosité?

14 2 Mesure de la porosité d un béton Spécification du béton Absorption d eau par immersion Selon la NBN B : 1989 Critères selon l annexe O de la NBN B BENOR

15 2 Mesure de la porosité d un béton Spécification du béton Absorption d eau par immersion selon l annexe O - NBN B Classes Type de Béton Béton sans air entraîné Exigences Valeur moyenne Valeur individuelle (%) (*) (%) (*) WAI (0,50) T (0,50) 6,0 6,5 WAI (0,45) T (0,45) 5,5 6,0 Béton avec air entraîné WAI (0,50)A T (0,50)A 6,3 6,8 WAI (0,45)A T (0,50)A 5,8 6,3 (*) - Essais selon NBN B sur 3 éprouvettes de 800 à 1200 cm 3 - Cubes de 150 X 150 X 150 mm autorisés MAIS RÉDUIRE les prescriptions ci-dessus de 0,3% - Si Dmax < 16 mm, valeurs autorisées + élevées moyennant accord des parties

16 2 Mesure de la porosité d un béton Spécification du béton Absorption d eau par immersion Essai selon NBN B : 1989 Relation entre l absorption d eau par immersion et la teneur en eau totale du béton

17 2 Mesure de la porosité d un béton Spécification du béton Absorption d eau par immersion : %-masse Porosité qui s exprime en %-volume Porosité : en volume. Si porosité = 5 %, 1 dm³ du béton présente 0,05 dm³ soit 50 cm³ de vides internes Porosité d un béton (%) = absorption d eau par immersion (en %) x masse spécifique sèche de ce béton (en kg/dm³). Exemple : o Soit un morceau de béton de 1,1 dm³ pesant 2,500 kg à l état sec et 2,650 kg après immersion prolongée dans l eau. o La quantité d eau absorbée est donc de 0,150 kg ou 0,15 dm³. o Son absorption d eau par immersion est de 0,15 kg/2,5 kg = 6 %. o Sa porosité vaudra 0,15 dm³/1,1 dm³ soit 13,6 %. o Calculée au départ de l absorption d eau et de la connaissance de la masse spécifique sèche du matériau, soit 2,5/1,1 = 2,27 kg/dm³, elle sera de 6% x 2,27 = 13,6 %.

18 2 Mesure de la porosité d un béton Spécification du béton Porosité Perméabilité Porosité = fraction du volume occupée par les cavités (en %) Perméabilité = la facilité avec laquelle des fluides pénètrent et se déplacent dans un système poreux Perméabilité dépend de : caractéristiques des pores : diamètre, forme, longueur présence d humidité et d air dans les pores fluide à transporter (réaction avec les constituants) A retenir : Perméabilité si volume des pores capillaires Volume des pores capillaires lorsque : le rapport E/C et la teneur en eau diminue le degré d hydratation

19 2 Mesure de la perméabilité d un béton Spécification du béton Porosité Perméabilité Essai selon NBN EN L eau est mise sous pression à la surface du béton 5 bars durant 72 heures A la fin de l essai, l éprouvette est fendue et la profondeur maximale de pénétration de l eau est mesurée. Critère =? Testé selon EN , âge du béton : 28 jours

20 2 Mesure de l absorption d eau par capillarité Spécification du béton NBN B : 1984 Essais des bétons - Absorption d'eau par capillarité Une éprouvette est trempée dans 5 mm d eau. Le niveau de la montée d eau par capillarité est relevé à 3, 6, 24 et 72 h. Davantage que la hauteur atteinte, la vitesse d ascension renseigne sur la dimension des capillaires: - lente pour des capillaires fins, - rapide pour des gros capillaires éventuellement dangereux : gélivité, pénétration des agents extérieurs, NBN EN : 2005 Adjuvants pour béton, mortier et coulis - Méthodes d'essai - Partie 5: Détermination de l'absorption capillaire

21 2 Mesure de la conductivité hydraulique Spécification du béton SIA 262/1 : 2013 Construction en béton - Spécifications complémentaires Le volume d eau absorbé est comparé avec le volume d eau évaporable sans pression d eau durant un certain temps. Béton étanche si la perméabilité à l eau reste inférieure à 10 g/m²h auquel cas le volume d eau évaporé q d > volume d eau absorbé q w

22 2 Béton pour une construction étanche Spécification du béton Conformité aux normes NBN EN et NBN B C30/37 ou C35/45 BA EE3 [T(0,50)] ou EE4 [T(0,45)] S4 20 ou 32 mm Exigences complémentaires : WAI (0,50) ou WAI (0,45) selon l annexe O de la NBN B15-001

23 2 Du béton spécifié au béton compact Spécification du béton Résistant et compact 25 litres / 100 kg ciment (E/C = 0,25) Fluide 60 litres / 100 kg ciment (E/C = 0,60) Impossible de travailler!!

24 2 Du béton spécifié au béton compact Spécification du béton La classe de consistance S4 ne peut être obtenue que par l ajout de superplastifiant Produit qui est ajouté en petite quantité par rapport à la masse de ciment (maximum 5 %), avant ou pendant le malaxage ou pendant une opération supplémentaire de malaxage, et provoquant les modifications voulues des propriétés habituelles du béton.

25 2 Ne jamais ajouter de l eau au béton frais Spécification du béton

26 Soyons polyglottes!!!! COMMENT DIT ON IL PLEUT EN : RUSSIE > VLAKIDOUSH ARABIE > MERDIDRACH SCANDINAVIE > ZUTIFLOT AMERIQUE DU SUD > IPISSAMAC A LIEGE > IRATAKAPLOU A NAMUR > IPLOUKO

27 3 Mise en œuvre du béton

28 3 Mise en œuvre du béton Mise en œuvre du béton NBN EN et NBN B

29 3 Limiter la hauteur de chute : max. 1 m Mise en œuvre du béton

30 3 Vibrer correctement le béton Mise en œuvre du béton Un compactage soigneux permet : une meilleure adhérence du béton aux armatures une étanchéité plus élevée des résistances mécaniques élevées une durabilité améliorée

31 3 Protéger le béton contre la dessiccation : la cure Mise en œuvre du béton Un béton ne peut pas sécher, il doit durcir!

32 3 Protéger le béton contre la dessiccation : la cure Mise en œuvre du béton du latin cura : soin C est un ensemble de précautions qui permettent de protéger le béton dès sa mise en place jusqu au moment où il atteint une résistance suffisante La cure a pour objet de protéger le béton proche de la surface afin que son évolution soit similaire à celle du béton à cœur.

33 3 Protection contre la dessiccation Mise en œuvre du béton Il faut protéger le béton le plus vite possible Exemple de pertes en eau d un béton protégé contre la dessiccation ou non Conditions : 35 C, 40 % d HR, pas de vent ± 1,5 l d eau/m² après 6 h ± 2,5 l d eau/m² après 24 h

34 3 Protection contre la dessiccation Mise en œuvre du béton Durée de la cure selon NBN B

35 4 Maîtrise des déformations du béton

36 4 Maîtrise du retrait Maîtrise des déformation du béton Retrait plastique Retrait de dessiccation (retrait endogène et retrait hydraulique) Retrait thermique Les déformations peuvent intervenir simultanément et donc S ADDITIONNER

37 4 Maîtrise du retrait de dessiccation Maîtrise des déformation du béton Retrait endogène (auto-dessiccation) : les pores fins extraient l eau des pores plus grands Retrait hydraulique : résulte du lent séchage du béton Fissures superficielles voire traversantes Limiter le E/C ( 0,50) La cure a une grande influence Conception adéquate : quantité d armatures et joints

38 4 Le retrait thermique Maîtrise des déformation du béton Le ciment est une colle qui réagit avec l eau Réaction chimique simplifiée : Ciment + H 2 O Pâte de ciment durcie + Ca(OH) 2 + chaleur L hydratation du ciment est une réaction exothermique c est-à-dire que la réaction s accompagne d un dégagement de chaleur En refroidissant, le béton peut se fissurer!!

39 4 Le retrait thermique Maîtrise des déformation du béton A B A. Montée de la température Dilatation mais empêchée par le radier Contraintes de compression limitées car faible rigidité (faible module d élasticité) B. Refroidissement Contraction mais empêchée par le radier Contraintes de traction élevées et fissuration possible car module d élasticité déjà élevé et résistance à la traction encore faible

40 4 Le retrait thermique Maîtrise des déformation du béton A 2 jours, le module d élasticité est déjà égal à 80 % de sa valeur de 28 jours alors que la résistance à la traction est encore très faible risque de fissuration bien réel

41 4 Le retrait thermique Maîtrise des déformation du béton Evolution des températures in situ : décoffrage rapide Voile de 30 cm d épaisseur Décoffrage à 24 heures

42 4 Le retrait thermique Maîtrise des déformation du béton Evolution des températures in situ : décoffrage après plusieurs jours Voile Voile de de 3032 cm cm d épaisseur d épaisseur Décoffrage Décoffrage à après 24 heures 5 jours

43 4 Maîtrise des déformation du béton Le retrait thermique Quand un matériau s échauffe, il se dilate Quand un matériau se refroidit, il se contracte Fissuration par bridage (retrait empêché car le voile est bétonné sur un radier déjà bien durci et froid) ou par gradient thermique Risque de fissuration quelques heures à une semaine après bétonnage Fissures superficielles voire traversantes La composition du béton a une influence élevée Le moment de décoffrage et la cure ont une très grande influence

44 4 Le retrait thermique Maîtrise des déformation du béton Tous les auteurs s accordent pour citer des écarts de température de 15 à 20 C entre la face extérieure et le cœur du béton comme suffisants pour créer des fissures Diagramme des contraintes de type parabolique Fissuration lors d un décoffrage rapide car : - brusque refroidissement - béton encore peu résistant

45 4 Fissuration par retrait thermique : prévention Maîtrise des déformation du béton Ciments : limiter le dégagement de chaleur d hydratation ciments Low Heat conformes à NBN EN si ouvrage de plus de 50 cm d épaisseur moindre teneur en ciments ordinaires Granulats : coefficient de dilatation thermique du béton plus élevé pour bétons avec gravillons roulés et résistance à la traction aussi plus faible Température du béton par temps chaud à limiter à 25 C Adjuvants : superplastifiant : diminue le E/C retardateur de prise : ne font que postposer le problème éventuel dû à l effet de la chaleur Armatures : quantité et répartition

46 4 Fissuration par retrait thermique : prévention Maîtrise des déformation du béton Béton EE4 dans des ouvrages massifs minimum C35/45

47 4 Fissuration par retrait thermique : prévention Maîtrise des déformation du béton EI T(0.65) Béton EE4 dans des ouvrages massifs EE1 T(0.60) C 20/25 EE2 EE3 EE4 EE4 Air ES1 ES2 ES3 ES4 ES4 Air EA1 EA2 EA3 T(0.55) T(0.50) T(0.45) C 25/30 C 30/37 C 35/45 T(0.45) A C30/37 Solution : C30/37 au lieu de C35/45 mais avec exigences complémentaires à 56 ou 90 jours

48 Merci pour votre attention