Les bases

Claude PRECHEUR

Le béton

Le béton est le matériaux le plus utilisé dans le monde et le plus économique.

  • Façonnable à volonté et à température ambiante.
  • Ne nécessite pas de cuisson.
  • Accessible à tous.
  • Grande longévité.
  • Il peut être coulé sur place ou préfabriqué.
  • Bilan environnemental favorable au développement durable.
  • Matériau très bien adapté aux futures réglementations thermiques.
  • Bâtiments à basse consommation.

Le béton est composé de :

  • de ciment et d’ajouts,
  • de granulats,
  • d’ajouts,
  • d’eau,
  • d’air.


Formulation du Béton Principe fondamental

  • Formuler un béton consiste à intégrer des paramètres essentiels tels que :
    — la qualité des matériaux disponibles,
    — la nature du projet à réaliser,
    — les moyens de mise en oeuvre disponibles sur le site,
    — la qualité de l’environnement dans lequel va “vivre” l’ouvrage à réaliser,
    — les conditions de mise en oeuvre (besoin d’ouvrabilité, résistance à jeune âge, …),
    — les conditions climatiques (température, hygrométrie, vent, etc.),
    — les délais de réalisation.
  • En vue de satisfaire aux objectifs :
    — de durabilité,
    — d’esthétique,
    — de résistances mécaniques,
    — d’étanchéité,
    — d’isolation thermique (été comme hiver),
    — d’isolation phonique,
    — environnementaux (développement durable),


Fabrication et transport du béton

  • Mode et durée de mélange : dans tous les cas, le béton est mélangé environ 1 à 2 min, mais son transport s’effectue de 5 min à 2 h, d’où des contraintes différentes.
  • Le Béton Prêt à l’Emploi (BPE) : le besoin de maintien d’ouvrabilité est nécessaire car le transport en toupie peut être long. Le besoin de résistances mécaniques est nécessaire au décoffrage (16 h à 24 h).
  • Le béton en Préfabrication : le besoin de maintien d’ouvrabilité est faible car le coulage s’effectue en général dans les 15 à 30 min. En revanche, le besoin de performances mécaniques est très élevé à jeune âge, de 6 h à 15 h en général, il est associé parfois à un étuvage.
  • Le béton sur chantier : situation combinée des 2 exemples précédents.

Le cadre normatif

La norme NF EN 206-1 s’applique à tous les bétons de structure, qu’ils soient des Bétons prêts à l’emploi, des bétons réalisés sur chantier ou des bétons destinés à la préfabrication de produits en béton. Elle contient des règles précises concernant la spécification, la fabrication, la livraison et le contrôle de la conformité des bétons.

Les granulats

  • finition
    On appelle granulats les matériaux d’origine minérale, gravillons, sables, sablons et fillers qui entrent dans la composition des bétons. Ils sont spécifiés dans la norme XP P 18-545 Granulats. Les granulats doivent êtres propres et comporter des éléments : fins, moyens et gros.
Fillers D < 2 mm ,avec plus de 70% ≤ 0,063 mm, et plus de 85% ≤ 0,125 mm
Sables D ≤ 4 mm et d = 0 mm
Gravillons 4 ≤ D ≤ 63 mm et d ≥ 4 mm

D = diamètre maximal du granulat
d = diamètre minimal du granulat
Exemple : granulat 4/10 = 4 mm / 10 mm
Les granulats les plus utilisés dans la confection d’un béton sont les 0/4 à 05/20, ils peuvent provenir d’un concassage ou être alluvionnaires.

Ils ne doivent surtout pas contenir ni argile, ni terre afin de préserver l’adhérence des cristaux hydratés du ciment.

Le ciment les plus couramment utilisés en France

  • CEM I
    Pour le béton armé en général coulé sur place ou préfabriqué, le béton précontraint, les béton à décoffrage rapide, mise en service rapide (de préférence classe R), le bétonnage jusqu’à une température extérieure entre 5 et 10 °C et le béton étuvé ou auto-étuvé.
  • CEM II / A ou B
    Ces ciments sont les plus couramment utilisés.
    CEM II/A ou B classe R : travaux nécessitant une résistance initiale élevée (décoffrage rapide par exemple). Béton en élévation, armé ou non, d’ouvrages courants. Fondations ou travaux souterrains en milieux non agressifs ; dallages, sols industriels ; maçonneries ; stabilisation des sols.
    En milieux agressifs, des CEM II de qualité PM-ES peuvent être utilisés.
  • CEM III / A,B ou C ; CEM V / A ou B
    Travaux souterrains en milieux agressifs (terrains gypseux, eaux d’égouts, eaux industrielles…). Ouvrages en milieux sulfatés : les ciments utilisés sont tous ES, ciments pour travaux en eaux à haute teneur en sulfates, conformes à la norme NF P 15-319 ; Maçonneries et chapes : les CEM III/A et CEM V/A peuvent être utilisés. Travaux à la mer : les ciments utilisés sont tous PM, ciments pour travaux à la mer, conformes à la norme NF P 15-317. Travaux en béton armé ou non hydrauliques et souterrains (fondations). Travaux nécessitant une faible chaleur d’hydratation ; bétons de masse ; une stabilisation des sols.




Fabrication du ciment

Le ciment est fabriqué à partir de calcaire pour 80% (craie) et de l’argile pour 20%.
A cela il faut ajouter :

  • De l’oxyde de fer (forme minérale, ils donnent aux sols leurs couleurs jaune brun ou grisâtre.)
  • De l’alumine : (oxyde d’aluminium, de formule chimique Al2O3, est un composé chimique qui existe à l’état naturel dans la bauxite.
  • De la silice : (Minéral dur se trouvant dans de nombreuse roche. elle représente 27% de la croûte terrestre).

Plus la quantité de ciment est importante, plus le béton est résistant.

L’eau

Définition Norme NF EN 1008

  • L’eau potable convient pour la fabrication du béton, elle ne nécessite aucun essai.
  • Les eaux de forage et les eaux de ruissellement de surface doivent faire d’essais (essais l’objet chimiques, temps de prise et de résistances).
  • Toutes les eaux recyclées (d’unités de production béton) doivent faire l’objet d’un contrôle.
  • L’eau de mer est interdite dans les bétons armés et précontraints.
  • Les eaux usées sont interdites pour tous les bétons.

Son rôle : Permettre l’hydratation de la pâte de ciment (pour hydrater 100 kg de ciment, 25 L d’eau sont nécessaires. Mouiller la surface des granulats pour la pâte de ciment puisse y adhérer. Favoriser la maniabilité du béton, sans excès, c’est-à-dire en respectant les limites prescrites selon la NF EN 206-1.

Le dosage

Le dosage en ciment donne la résistance au béton. La quantité d’eau et ajouts donnent la maniabilité. Le volume de graviers la solidité et le sable l’homogénéité.Ci-dessous un tableau, à titre indicatif de dosage pour béton suivant les travaux à exécuter.

  • Béton de propreté : 150 à 200 kg de ciment /m3
  • Béton de fondation : 200 à 250 kg de ciment /m3
  • Béton peu ferraillé : 300 kg de ciment /m3
  • Béton armé 350 kg de ciment /m3
  • Béton pour préfabrication : 400 à 500 kg de ciment /m3
Dosage empirique pour béton armé Rc 28 25 à 30 (MPa) Quantité pour 1m3 de béton
Ciment classe 32,5Sable 0/5Gravier 5/20Eau
Kg Litres Kg Litres Kg Litres
320 à 360 kg 500 à 530 775 à 821 745 à 760 1080 à 1102 150
Type de travaux à exécuterQuantité de cimentGravier 15/25Sable 0/5Quantité d’eau
Béton de fondation 200 à 250 kg 850 litres 350 litres 115 litres
Béton faiblement ferraillé 300 kg 820 litres 380 litres 150 litres
Béton armé poutres, poteaux etc… 350 kg 800 litres 400 litres 175 litres
Béton de préfabrication 450 à 500 kg 750 litres 450 litres 240 litres

Chaque dosage est donné par le bureau d’étude et indiqué sur les plans.

  • Quantité de mélangé = volume du béton à couler x 1,25.
  • Quantité de ciment = dosage x volume du béton à couler.
  • Quantité d’eau = Ciment / 2.
  • Quantité de sable = 40% du Volume de mélangé.
  • Quantité de gravier = 60% du Volume de mélangé.

Le séchage

Le calcul de la résistance à la compression d’un béton se réalise à 28 jours. Ce calcul est effectué par l’écrasement à ma compression de son éprouvette. Cette résistance est exprimée MPa.

Le cadre normatif

La norme NF EN 206-1 s’applique à tous les bétons de structure, qu’ils soient des Bétons prêts à l’emploi, des bétons réalisés sur chantier ou des bétons destinés à la préfabrication de produits en béton. Elle contient des règles précises concernant la spécification, la fabrication, la livraison et le contrôle de la conformité des bétons.

Les 3 points importants de la norme

  • Point n° 1 "La résistance du béton" : Les nouvelles classes de résistances qui se substituent aux anciennes désignations B25, B30, etc. et qui sont devenues C25/30, C30/35.., lesquelles désormais correspondent aux résistances mesurées sur cylindre pour la première valeur et sur cube pour la seconde. Il ne faut pas perdre de vue que cette norme est européenne et que l’utilisation du cylindre 16 x 32 concurrence le cube de 100 mm chez d’autres partenaires européens. Pour quelques valeurs usuelles, la correspondance entre les anciennes et les nouvelles désignations est la suivante :
Anciennes désignationsNouvelles désignations
B12 C12/15
B16 C16/20
B20 B20/25
B25 C25/30
B30 C30/37

Les valeurs sont exprimées en MPa

  • Point n°2 "la consistance" : Si les classes de résistance évoluent. la norme NF EN 206-1 définit également l’exigence des classes de consistance Initialement, ils existaient 4 classes de consistance ; F : Ferme, P : Plastique, TP : Très Plastique, FI : Fluide.

Désormais, il existe 5 classes de consistance : S1, S2. S3. S4. S5 (S pour slump). L’équivalence entre les nouvelles et les anciennes classes de consistance est précisée dans le tableau ci-dessous :

Classes de consistance NF EN 206-1Affaissement au cône d’Abrams en mmAnciennes classes de consistance
S1 10-40 F
S2 50-90 P
S3 100-150 TP
S4 160-210 FI
S5 >222

Les bétons auto-plançons (verticaux ou horizontaux) de rhéologie hyper fluide sont utilisés pour les semelles filantes, les planchers ou les dallages. Ils ont une consistance qui se mesure en France, au moyen de l’essai d’étalement.
La norme européenne distingue 6 classes d’étalement : FI, F2, F3. F4. F5 et F6. Les diamètres des galettes sont respectivement les suivantes :

Classe d’étalement NF EN 206-1Diamètre de la galette En mm
F1 < 340
F2 de 350 à 410
F3 de 420 à 480
F4 de 490 à 550
F5 de 560 à 620
F6 > 630


Table d’essai d’étalement

Mesure d’étalement : Un échantillon de béton (B) formé comme pour le slump test dans un moule tronconique en tôle (A) est placé sur une table métallique de 70 x 70 cm constituée de 2 plaques articulées par une charnière le long d’un bord. On soulève la plaque supérieure de 4 cm et on laisse retomber celle-ci 15 fois de suite (C) la masse de béton s’étale en une galette dont le diamètre moyen A est la mesure de l’étalement (D).

Points n° : la classe d’exception
la norme NF EN 206-1 définit également l’exigence : des classes d’exposition (anciennement appelées classes d’environnement). Une meilleure durabilité de l’ouvrage en béton passe inéluctablement pour une meilleure adaptation du béton aux agressions dont il risque d’être l’objet. Dans la précédente norme BPE. Il était question de classes d’environnement ; désormais la nouvelle norme considère des classes d’exposition.



Ces classes d’expositions sont au nombre de 6. Les risques de corrosion des armatures, de gel/dégel et d’agressivité chimique sont les trois risques principaux. Vis·à-vis du risque de corrosion des armatures induit par carbonatation du béton. La norme européenne distingue.

Classe d’exposition NF EN 206-1Type d’environnementExemples
XO Très sec Béton non armé
XC1, XC2 Humide, rarement sec Fondations superficielles courantes
XF1, XF2 Gel faible à modéré Avec ou sans agent de déverglaçage
XF3, XF4 Gel sévère Avec ou sans agent de déverglaçage
XA1, XA2 et XA3 Risque d’agressivité chimique Une fumière
XD, XS Environnements riches en chlorures Piscine et bord de mer

Vis-à-vis de l’attaque au gel/dégel avec ou sans agent de déverglaçage. les classes d’environnement. 20, 2b1 et 2bl disparaissent avant profit des nouvelles classes XFl, XF2, XF3, XF4.

Les adjuvants

NORME NF EN 934-2 : L’adjuvant est un produit incorporé au moment du malaxage du béton à un dosage inférieur ou égal à 5 % en masse de la teneur en ciment du béton, pour modifier les propriétés du mélange à l’état frais et/ou à l’état durci. Chaque adjuvant est défini par une fonction principale et une seule. Un adjuvant peut présenter une ou plusieurs fonctions secondaires.

  • Adjuvants modificateurs de la rhéologie du béton, plastifiants réducteurs d’eau, super-plastifiants haut réducteurs d’eau.
  • Adjuvants modificateurs de prise et de durcissement du béton : accélérateurs de prise, accélérateurs de durcissement, retardateurs de prise.
  • Autres catégories normalisées d’adjuvants : hydrofuges de masse entraîneurs d’air.

Attention : Respecter les paramètre de formulation

Tenir compte des FDS (Fiches de Données de Sécurité) et FT (Fiches Techniques) pour la manipulation et l’utilisation des produits.

ClasseDosageIntroduction habituelle
Plastifiants 0,15% à 1,2% Eau de gâchage
Superplastifiants 0,6% à 2,5% Eau de gâchage ou différé
Accélérateurs de prise 1% à 3% Eau de gâchage
Accélérateurs de durcissement 0,8% à 2% Eau de gâchage
Retardateurs 0,2% à 0,8% Eau de gâchage
Hydrofuges 0,5% à 2% Eau de gâchage
Entraîneurs d’air 0,05% à 0,3% Eau de gâchage

Béton autoplaçant (BAP) vertical et horizontal

Définition

Béton très fluide, homogène et stable, qui se caractérise par sa rapidité de mise en place par seul effet gravitaire (pas besoin de vibration). Ce béton à compacité élevée et à perméabilité très faible permet aussi d’améliorer le parement (réduction du ragréage). Il en résulte une amélioration de la durée de vie des coffrages et un meilleur enrobage des aciers.

Adjuvants les plus utilisés :

  • Superplastifiants
  • Agents de cohésion
Classes de consistance NF EN 206-1Affaissement au cône d’Abrams en mm
S1 10-40
S2 50-90
S3 100-150
S4 160-210
S5 >222

Bétonnage par temps chaud

Définition

On parle de bétonnage par temps chaud lorsque la température de l’air est comprise entre 25 °C et 35 °C environ.
Le bétonnage en ambiance chaude nécessite un choix correct des matériaux (ciment à prise lente et/ou à faible chaleur d’hydratation) ainsi qu’une protection des ouvrages par des produits de cure (surtout aux tout premiers âges) et des contrôles renforcés.

Adjuvants les plus utilisés :

  • Retardateurs de prise
  • Superplastifiants - Haut réducteurs d’eau
  • Plastifiants - Réducteurs d’eau.


Bétonnage par temps froid

Définition

On parle de mise en place de béton par temps froid lorsque la température du béton descend en dessous d’un seuil critique (généralement 5 °C)

Le bétonnage en ambiance froide nécessite un choix correct des matériaux (ciment à prise rapide dégageant beaucoup de chaleur d’hydratation), des processus adaptés (étuvage) ainsi que des contrôles renforcés.

Adjuvants les plus utilisés :

  • Accélérateurs de prise
  • Accélérateurs de durcissement
  • Réducteurs d’eau (plastifiants et superplastifiants)
  • Entraîneurs d’air

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