Électif 10 Mise en forme industrielle des sols et matériaux granulaires. Formulation des bétons

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1 Électif 10 Mise en forme industrielle des sols et matériaux granulaires Formulation des bétons

2 Introduction Définition du béton Mélange homogène de ciment, eau, granulats et, le plus souvent, adjuvants Masses volumiques : de 1 (eau) à 3 (ciment) T/m 3 Dimensions des grains : de 0,5 µm (grains les plus fins du ciment) à 25 mm (gravillons) Formuler un béton = déterminer et optimiser la composition granulaire et le dosage des divers constituants vis-à-vis d un cahier des charges Cours 5 Formulation des bétons 2

3 Introduction Choix des proportions Résultat d études graphiques ou expérimentales Cours 5 Formulation des bétons 3

4 Introduction La pâte de ciment La pâte = ciment + eau Élément actif du béton qui enrobe les granulats Objectif : remplir les vides entre les grains Rôles de la pâte : À l état frais : lubrifiant À l état durci : colle Cours 5 Formulation des bétons 4

5 Introduction Différents bétons Bétons courants : 2500 kg/m 3 Bétons lourds : > 3000 kg/m 3 et jusqu à 6000 kg/m 3 Protection contre les rayons radioactifs Bétons de granulats légers : usage dans le bâtiment Bétons cellulaires : isolation Bétons fibrés : dallages, décoration, mobilier urbain BHP, les BAP, les BFUP Cours 5 Formulation des bétons 5

6 Plan 1. Prescription d un béton 2. Les ciments 3. Les granulats 4. Méthode Dreux-Gorisse Cours 5 Formulation des bétons 6

7 1. Prescription d un béton

8 Propriétés visées pour un béton 1. Prescription d un béton Consistance adaptée aux moyens de mise en œuvre Résistance à la compression Durabilité dans un environnement donné Respect des normes Cours 5 Formulation des bétons 8

9 1. Prescription d un béton Formuler un béton pour une entreprise / un chantier Répondre aux exigences nombreuses et diverses Du maître d œuvre : contraintes architecturales et esthétiques, Du bureau d étude : résistance minimale, fissuration, Du bureau des méthodes : temps de prise, phasage du chantier, coûts Du maître d ouvrage : exploitation du livrable, durabilité, responsabilité de l entreprise, Enjeux techniques et économiques : large choix de bétons, adjuvants, Cours 5 Formulation des bétons 9

10 1. Prescription d un béton 5 questions essentielles 1. Quel est le cahier des charges du maître d œuvre? 2. Quels sont les documents normatifs à prendre en compte? 3. Quelle est la classe de l environnement de l ouvrage? 4. Quelles sont les performances mécaniques auxquelles le béton doit satisfaire? 5. Quelles sont les méthodes d exécution prévues par le chantier? Cours 5 Formulation des bétons 10

11 1. Prescription d un béton Demandes spécifiques au maître d œuvre Cahier des Clauses Techniques et Particulières (CCTP) : Objectifs à atteindre Contraintes à respecter CCTP = document contractuel Cours 5 Formulation des bétons 11

12 1. Prescription d un béton Documents normatifs Normes Françaises (AFNOR) et Européennes (CEN) : NF EN NF EN relative aux adjuvants Documents Techniques Unifiés (DTU) : contractuel Cahier des clauses techniques générales : Marchés publics (fascicule 65) EDF SNCF Cours 5 Formulation des bétons 12

13 Extrait fascicule 65 du CCTG 1. Prescription d un béton Cours 5 Formulation des bétons 13

14 1. Prescription d un béton Cours 5 Formulation des bétons 14

15 1. Prescription d un béton Classes de résistance des bétons normaux et lourds Norme NF EN Classement de la forme Cx/y : x désigne la résistance caractéristique à 28 jours, mesurée sur des cylindres de 150 mm de diamètre et 300 mm de haut y désigne la résistance caractéristique à 28 jours, mesurée sur des cubes de 150 mm de côté Résistance caractéristique = résistance en dessous de laquelle peuvent se situer 5% de la population de tous les résultats des mesures de résistance Classes de résistance normalisées : C8/10, C12/15, C16/20, C20/25, C25/30, C30/37, C35/45, C40/50, C45/55, C50/60, C55/67, C60/75, C70/85, C80/95, C90/105 et C100/115 Cours 5 Formulation des bétons 15

16 1. Prescription d un béton Classes de consistance pour le béton frais Cours 5 Formulation des bétons 16

17 1. Prescription d un béton Mesure de l affaissement au cône d Abrams Cours 5 Formulation des bétons 17

18 1. Prescription d un béton Classes de consistance pour le béton frais Test d étalement Sur chantier => vérification de la qualité des BPE Cours 5 Formulation des bétons 18

19 1. Prescription d un béton 5 points : Résistance Utilisation / environnement Consistance Dimension maximale des granulats Informations complémentaires Cours 5 19

20 1. Prescription d un béton Exemples de béton : Béton (pour 1m 3 ) B 47 B 60 FS B 90 FS Gardon 10/ kg 759 kg 866 kg Gardon 5/ kg 253 kg 253 kg Loire 0/5 753 kg 707 kg 782 kg CPA 55 HTS 400 kg 400 kg 400 kg Fumée de silice - 40 kg 40 kg Eau 180 L 205 L 125 L Superplastifiant kg (résine GT à 2,5%) Eau totale / liant 0,45 0,47 0,31 Slump 7 cm 7 cm 7 cm Air occlus 1,6% 1,8% 1,8% Résistance compression 28 j 42 MPa 48 MPa 80 MPa 56 j 47 MPa 60 MPa 90 MPa Cours 5 20

21 1. Prescription d un béton Béton de Poudre Réactive (BPR), maintenant Ductal : Résistance à la compression visée : 200 MPa Constituants Ciment (C) Fumée de silice (FS) Sable siliceux Fibres métalliques Fluidifiant (extrait sec) Eau totale (E) E/(C+FS) Dosage (kg/m 3 ) ,15 Cours 5 21

22 2. Rappel sur les ciments

23 2. Les ciments Cours 5 Formulation des bétons 23

24 2. Les ciments Cours 5 Formulation des bétons 24

25 2. Les ciments Les classes de résistance des ciments Cours 5 Formulation des bétons 25

26 2. Les ciments Le choix et le dosage du ciment dépendent de : La résistance mécanique recherchée La résistance aux agents agressifs recherchée L utilisation envisagée : Béton armé => classe 32,5 au minimum Béton courant ou bien maçonnerie Résistance élevée au jeune âge => classe R Cours 5 Formulation des bétons 26

27 3. Les granulats

28 3. Les granulats Courbes granulométriques Cours 5 Formulation des bétons 28

29 3. Les granulats Classe granulaire Classement des granulats selon la plage granulaire qu ils couvrent La classe granulaire désigne un granulat en indiquant son plus petit diamètre représentatif d suivi de son plus grand diamètre représentatif D Le granulat est appelé d/d (exemple : gravier 4/12,5 => d = 4 mm et D = 12,5 mm) Cours 5 Formulation des bétons 29

30 3. Les granulats Classe granulaire Peut être définie approximativement par lecture directe de la courbe granulométrique Le tamisat cumulé atteint 5% => plus petit diamètre représentatif d Le refus cumulé atteint 5% => plus grand diamètre représentatif D Cours 5 Formulation des bétons 30

31 3. Les granulats Classe granulaire Cours 5 Formulation des bétons 31

32 3. Les granulats Classe granulaire Norme NF P => définition plus précise Cours 5 Formulation des bétons 32

33 3. Les granulats Choix des granulats Optimiser la compacité du squelette granulaire La résistance des granulats doit être en accord avec la résistance visée pour le béton Propreté des granulats => bonne liaison avec la pâte de ciment + pas d effet négatif sur l hydratation du ciment Cours 5 Formulation des bétons 33

34 3. Les granulats Sable et fines Sable = grain dont le diamètre est inférieur à 4 mm Fines = grains d un diamètre inférieur à 0,5 mm Les fines peuvent être inertes ou actives (matières argileuses, siliceuses, calcaires, ) Cours 5 Formulation des bétons 34

35 3. Les granulats Équivalent de sable (ES) C est la proportion de sable brut dans le sable avec fines Pourquoi? Certaines fines sont argileuses, ce qui peut perturber l hydratation du ciment Pourtant, la présence de fines argileuses facilite la mise en œuvre du béton => Compromis à faire sur la teneur en fines des sables Cours 5 Formulation des bétons 35

36 3. Les granulats Équivalent de sable (ES) Cours 5 Formulation des bétons 36

37 3. Les granulats Choix des granulats Principe de base : élaborer un squelette granulaire le plus compact possible Le granulat possède tous les diamètres de grains => compacité du squelette granulaire optimisée Cours 5 Formulation des bétons 37

38 3. Les granulats Choix des granulats Cours 5 Formulation des bétons 38

39 3. Les granulats Module de finesse des sables (FM) C est le 1/100 de la somme des refus cumulés, exprimée en pourcentage, sur les différents tamis de la série 0,125-0,250-0,50-1,00-2,0-4 Les sables de meilleure qualité granulaire pour les bétons vérifient : l idéal étant 2,7 2,4 FM 3,2 Cours 5 Formulation des bétons 39

40 3. Les granulats Module de finesse d un sable Cours 5 Formulation des bétons 40

41 4. Formulation pratique d un béton

42 4. Formulation d un béton Exemples de béton : Béton (pour 1m 3 ) B 47 B 60 FS B 90 FS Gardon 10/ kg 759 kg 866 kg Gardon 5/ kg 253 kg 253 kg Loire 0/5 753 kg 707 kg 782 kg CPA 55 HTS 400 kg 400 kg 400 kg Fumée de silice - 40 kg 40 kg Eau 180 L 205 L 125 L Superplastifiant kg (résine GT à 2,5%) Eau totale / liant 0,45 0,47 0,31 Slump 7 cm 7 cm 7 cm Air occlus 1,6% 1,8% 1,8% Résistance compression 28 j 42 MPa 48 MPa 80 MPa 56 j 47 MPa 60 MPa 90 MPa Cours 5 42

43 4. Formulation d un béton Béton de Poudre Réactive (BPR), maintenant Ductal : Résistance à la compression visée : 200 MPa Constituants Ciment (C) Fumée de silice (FS) Sable siliceux Fibres métalliques Fluidifiant (extrait sec) Eau totale (E) E/(C+FS) Dosage (kg/m 3 ) ,15 Cours 5 43

44 4. Formulation d un béton Formule de Féret R = k * ( C / (C + E + V) ) 2 R : résistance du béton k : coefficient qui dépend de la classe du ciment, du type de granulats et de la mise en œuvre C : dosage en ciment E : dosage en eau V : volume d air subsistant => Intérêt à diminuer E et V Cours 5 Formulation des bétons 44

45 4. Formulation d un béton Abaques de Dreux - Hypothèses Résistances à 28 j. visées : entre 15 et 40 Mpa 3 classes granulaires : sable 0/4 gravillons 5,6/12,5 et 5,6/20 Ciment de classe 32,5 Cours 5 Formulation des bétons 45

46 4. Formulation d un béton Cours 5 Formulation des bétons 46

47 4. Formulation d un béton Cours 5 Formulation des bétons 47

48 4. Formulation d un béton Cours 5 Formulation des bétons 48

49 4. Formulation d un béton A VOUS DE JOUER! Date Vendredi 25 février (14h00-17h15) Mardi 29 Mars (8h00-11h15) Lieu MSSMat salle C105 MSSMat salle C105 Programme Formulation d un béton et fabrication d éprouvettes Tests de compression Critique des formulations Cours 5 Formulation des bétons 49