CSTC Artonline 2006 3 No7
CSTC Artonline 2006 3 No7
CSTC Artonline 2006 3 No7
sur les coffrages
pratique de prendre en compte pure-
ment et simplement la pression hy-
drostatique, ce qui conduit parfois à
une surestimation et à des dépenses
supplémentaires. Cet article présente
les résultats de la recherche menée à par certains BAC. Outre quelques conclusions Les modèles de la norme allemande (→ A, p. 2)
ce sujet par le CSTC. glanées dans la littérature, le présent article et du CIRIA (→ B, p. 3) sont surtout utilisés
reprend les détails de la recherche, qui visait pour les bétons traditionnels.
notamment à confronter certaines hypothèses.
1 Introduction
Plus concrètement, la recherche entreprise par 3 Modèles et recommanda-
Essentiellement cantonné aujourd’hui en le CSTC avait pour objectif : tions applicables au BAC
préfabrication, le béton autocompactant (BAC) • de concevoir des systèmes de mesure sim-
tarde à faire sa percée dans le secteur du ples, en vue de déterminer la poussée du BAC Il n’existe à l’heure actuelle aucun modèle
prêt-à-l’emploi, tant chez nous qu’à l’échelon sur un coffrage; le choix et l’optimisation normalisé permettant de calculer la poussée du
mondial. En cause notamment un certain nom- d’un système adéquat devraient permettre BAC sur les coffrages. Les modèles précités,
bre d’obstacles techniques, parmi lesquels le non seulement un mesurage rapide et non applicables au béton traditionnel, ne peuvent
coût supérieur des mélanges, l’absence d’essais destructif, mais également un monitoring en être utilisés tels quels. Il est couramment admis
normalisés adaptés et le manque d’expérience cours de bétonnage que la poussée du BAC peut être nettement
sur les chantiers. • d’évaluer l’influence des principaux para- plus élevée que celle d’un béton traditionnel,
mètres de mise en œuvre sur les pressions mais elle n’atteint en aucun cas la pression
Un précédent cahier des Dossiers du CSTC exercées (vitesse d’élévation du béton dans hydrostatique. La littérature et les expériences
[7] explicitait la caractérisation du béton, le le coffrage, type de béton, viscosité, densité menées avec ce type de béton révèlent des
contrôle in situ ainsi que les méthodes d’es- d’armatures). données pour le moins contradictoires. Les
sai envisageables. Le présent article traite poussées mentionnées sont éminemment va-
de la poussée du BAC sur les coffrages, un riables, passant d’une fraction de la pression
problème fréquemment évoqué, d’autant que 2 Calcul selon les modèles hydrostatique (moins qu’un béton traditionnel)
l’information et l’expérience en la matière existants à 100 % de cette dernière [voir les références 2
font cruellement défaut. La poussée latérale à 6, 17, 18, 20, 21 et 25].
exercée sur les coffrages par le BAC frais et Dans la pratique, la pression exercée par un
l’évolution de cette poussée dans le temps sont béton sur un coffrage est généralement calculée Dans ce contexte, les conditions limites s’avè-
des données mal connues et donc difficiles à par le fournisseur du coffrage. Ce calcul s’effec- rent particulièrement importantes [9]; citons :
contrôler. Aussi se contente-t-on souvent en tue sur la base de modèles existants qui tentent • la vitesse d’élévation du béton : une montée
pratique de prendre en compte purement et de prendre en compte les différents paramètres rapide du béton dans le coffrage entraîne
simplement la pression hydrostatique, ce qui d’influence. Conçus pour le béton traditionnel, généralement une augmentation de la hauteur
conduit parfois à une surestimation et à des ces modèles généralement empiriques se dis- piézométrique
dépenses supplémentaires. tinguent par le nombre de paramètres utilisés et • la méthode de pompage : l’injection du béton
par la façon dont ils transposent ces paramètres par le bas du coffrage produit invariable-
Plusieurs auteurs signalent par ailleurs que cer- en données chiffrées. Les principaux modèles ment une poussée hydrostatique sur toute
tains BAC associés à des adjuvants favorisant (équations) appliqués sont définis dans les la hauteur du coffrage; dans certains cas,
le comportement thixotrope du béton sont de ouvrages suivants : la pression a tendance à augmenter encore
nature à réduire sensiblement la pression sur les • norme allemande DIN 18218 [10] davantage lorsque les pompes sont particu-
coffrages. Le CSTC a examiné dans quelle me- • rapport n° 108 du CIRIA [8] lièrement puissantes
sure il était possible de mesurer cette pression • norme néerlandaise NEN 6722 [19] • la hauteur du coffrage : sur de trop petits mu-
d’une façon simple dans le cas d’un BAC et a • recommandations du Français Adam [1] et rets d’essai, les mesures ne concernent que le
déterminé la poussée produite sur les coffrages du Canadien Gardner [12]. front hydrostatique et pas le fléchissement de
la pression, comme c’est habituellement le
cas lorsque la hauteur de bétonnage dépasse
? N. Cauberg, ir., conseiller technologique (1), chercheur, laboratoire ‘Structures’, CSTC
quelques mètres (cf. figure 4, p. 3)
J. Desmyter, ir., conseiller technologique (1), chef du département ‘Géotechnique, Structu-
• le recours à des adjuvants spéciaux : l’emploi
res et Développement durable’, CSTC
d’adjuvants augmentant la durée d’ouvrabi-
J. Piérard, ir., conseiller technologique (2), chercheur, laboratoire ‘Technologie du béton’,
lité du béton, voire de retardateurs de prise
CSTC
a non seulement pour effet d’accroître la
Avec la collaboration de B. Parmentier, ir., chef adjoint de la division Géotechnique et
poussée, mais également de la maintenir
Structures, CSTC
plus longtemps.
(1) Guidance technologique ‘Prestatiegerichte betonsoorten’ subsidiée par l’IWT (Institut flamand pour
l’encouragement de l’innovation par la science et la technologie). On comprend dès lors la prudence des spé-
(2) Guidance technologique ‘Mise en œuvre des bétons spéciaux’ subsidiée par la DGTRE (Direction cialistes, qui recommandent de tenir compte
générale des Technologies, de la Recherche et de l’Énergie). d’une pression hydrostatique sur les coffrages
hs
• puis une pression constante. hs : h�������
auteur ��������������
piézométrique e�����
n� m
pb : ��������
poussée ���������
du béton frais
������
La figure 2 représente les configurations possibles lorsque la hauteur totale e��
n kN/m
����
vb : ��������
vitesse ������������
d’élévation ���������
du béton
5 vb
du coffrage est inférieure ou supérieure à cinq fois la vitesse d’élévation du
béton dans le coffrage. dans le coffrage, e��n m/h
���
hs : h�������
auteur ��������������
piézométrique e�����
n� m
hs
hs
pb : ��������
poussée ���������
du béton frais
������ ���
e��
n kN/m
����
h ≤ 5 vb
5 vb
vb : ��������
vitesse ������������
d’élévation ���������
du béton �����
dans �������������
le coffrage, ���
e��
n m/h
���
5 vb
h > 5 vb
hs
pb calcul sont proposées; ainsi, par exemple, si l’on utilise des adjuvants
qui modifient l’ouvrabilité du béton et/ou le temps de prise, il y a lieu
d’augmenter la hauteur piézométrique (hs).
pb
• ���������
coffrage �������
étanche
110 • ��������
serrage �� à ��������������������
l’aiguille vibrante
(interne) ) 1,1
p (kN/m2)
100 • ������������
température ���������
du béton frais���
��������: 17 18
)
h (m)
4 + +
+15 °C vb
. vb
selon
.
90 7 4
(1 (1
piézométrique
e��������K3 1,2
id 9)
+1
du béton frais
flu
Walz
80
n . v b
3 to (10
70 Bé K2
1,3
60 1,4
21)
Hauteur
. vb +
50 K1 (5
Pression
2
40
30
1 Etais
20
Parois
10
0 0
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0
Vitesse d’élévation du béton vb (m/h)
[16, 24]. C’est notamment le cas des récentes Stubeco [22], qui fait référence en matière de l’hypothèse d’une évolution hydrostatique.
Recommandations européennes concernant le coffrages, il s’en remet au Rapport du CIRIA, Se fondant sur ses propres recherches et sur la
BAC [11]. Quant au manuel édité en 2005 par ajoutant toutefois qu’il y a lieu d’admettre littérature, la cellule d’étude de Stubeco [23]
béton������
h (m)
Hauteur de
pour des colonnes [-]
sion calculée
• C2 : coefficient lié au type de béton et de ciment (voir tableau 1) [-]
Courbe de pres-
• D : masse volumique du béton frais [kN/m³]
sion hydrostatique
• H : hauteur verticale du coffrage [m]
• h : hauteur de chute dans le coffrage [m] Evolution probable de
la pression d’un béton
2
æ 36 ö ultrafluide (BAC)
• K : coefficient de température, K = ç ÷
èT + 6 ø
• R : hauteur d’ascension du béton dans le coffrage [m/h] Pmax (kN/m2)
Pression������
• T : température de mise en œuvre du béton [°C].
On retient la formule qui fournit la valeur la plus faible pour Pmax [kN/m²].
Fig. 4 Evolution de la pression sur les
Si l’on compare la figure 4 et la figure 1, on remarque immédiatement que coffrages [8].
les deux méthodes aboutissent à une distribution similaire des pressions,
soit une pression hydrostatique dans la partie supérieure de l’ouvrage et une pression constante dans la partie inférieure. Le diagramme de
la figure 4 fait également apparaître une donnée fréquemment pressentie, à savoir : la chute de la poussée sur le coffrage dans la partie
inférieure de l’ouvrage.
Tableau 1 Valeurs du coefficient C2 [8] (les dénominations du ciment ont été adaptées au contexte belge).
Type de liant Valeur de C2
Ciment Portland (CEM I) avec ou sans adjuvants (sauf retardateurs) 0,3
Ciment Portland (CEM I) avec retardateurs 0,45
CEM II/A-S, CEM II/A-V, CEM II/B-S, CEM II/B-V et mélanges de ciments contenant moins de 70 % de laitier de 0,45
haut fourneau ou de cendres volantes, avec ou sans adjuvants (sauf retardateurs)
CEM II/A-S, CEM II/A-V, CEM II/B-S, CEM II/B-V et mélanges de ciments contenant moins de 70 % de laitier de 0,6
haut fourneau ou de cendres volantes, avec retardateurs
Mélanges contenant plus de 70 % de laitier de haut fourneau ou de cendres volantes, avec ou sans adjuvants 0,6
exclut par ailleurs la possibilité d’adopter une Comme nous l’avons déjà signalé, certains 4 Système de mesure mis au
règle de calcul générale. auteurs font état d’une réduction potentielle de point pour déterminer la
la poussée de certains BAC sur les coffrages, poussée du béton in situ
Si la recherche menée par le CSTC s’est expliquant le phénomène par le comportement
essentiellement intéressée aux conditions thixotrope du béton. 4.1 Choix des capteurs
limites précitées (leur influence sur la poussée
maximale dans les coffrages étant prédomi- Précisons simplement qu’un BAC thixotrope se Outre les performances de mesure et l’impact
nante), il convient toutefois de ne pas perdre caractérise par une fluidité apparemment plus minimal sur le coffrage et le béton, les critères
de vue les paramètres adoptés pour le béton grande dès que le béton est en mouvement et de choix des capteurs étaient guidés par la
classique (température du mélange, tempéra- par une certaine raideur lorsqu’il est au repos. précision des mesures dans le béton (alcalinité,
ture extérieure, type de ciment, ...). Ceux-ci La thixotropie du béton se définit comme une chaleur d’hydratation, ...), les possibilités de
conditionnent essentiellement la vitesse de décroissance de la viscosité sous l’effet d’une placement et de récupération ainsi que l’acqui-
raidissement du béton et l’évolution dans le contrainte de cisaillement. L’absence de cette sition des données.
temps de la pression exercée sur les coffrages. dernière – comme dans un béton au repos – en-
Par contre, leur action sur la pression maximale gendre une hausse (apparente) de la viscosité, Sur cette base, cinq types de capteurs ont été
est restreinte, sauf si le bétonnage se prolonge laquelle serait précisément responsable de la retenus : quatre types différents de capteurs
pendant plusieurs heures. réduction de la poussée. de pression et un dynamomètre à placer sur
les entretoises (figures 5 à 9, p. 4), le capteur
Le cas échéant, le raidissement du béton déter- Si les parois sont peu épaisses, on peut égale- de type 2 pouvant être considéré comme
minera en effet dans quelle mesure la pression ment évoquer un certain effet ‘silo’. L’influence instrument de référence pour les mesures de
sur les coffrages s’accumule en hauteur pour exacte de ce phénomène dépend dans une large poussée du béton.
atteindre la pression hydrostatique : mesure de la fluidité du béton, ce qui en rend
• évolution complète (jusqu’à 100 %) si le l’évaluation particulièrement malaisée. Ce
raidissement est nul ou très lent phénomène n’a par conséquent pas été étudié 4.2 Mise en place
• baisse significative en cas de raidissement dans le cadre de ce projet.
rapide du mélange. Des accessoires ont été spécialement conçus
Fig. 10 Capteur 1 (avec accessoire) pour chaque type de capteur afin de faciliter la
disposé dans le coffrage. mise en place et la récupération du matériel.
400 F
E
348
D
273
Hauteur (cm)
C
212
B
56
0 A
B. Coupe transversale
Panneaux d’une
Entretoises longueur de 90 cm
‘Rotule’
1 = ��������
capteur���
1
2 = ��������
capteur���
2
3 4 2 3 = ��������
capteur���
3
1 4 = ��������
capteur���
4
5 = ��������
capteur���
5
3 3 5 3 3
longtemps que possible, le superplastifiant a Kelly-Bryant) [14] ont été effectués sur des On considère que la prise du béton est achevée
été incorporé sur chantier. En effet, pour pou- prismes conservés à pied d’œuvre afin qu’ils dès qu’une force de plus de 400 N est nécessaire
voir caractériser le béton, il était nécessaire soient exposés à des conditions identiques pour extraire une tige du prisme.
d’effectuer au préalable un certain nombre (figure 18).
d’essais pratiques. De plus, certains voiles re-
quéraient une durée de mise en place du béton
de 50 minutes.
Pour chaque voile, quelques essais de détermi- Fig. 18 Prismes confectionnés pour Fig. 19 Montage des deux coffrages
nation de la prise du béton (selon la méthode les essais de prise du béton. d’essai.
(1) Pour plus de détails au sujet des méthodes d’essai, on consultera utilement l’article paru dans les Dossiers du CSTC 4/2005 [7].
(2) ������������������������������
M8 = voile en béton classique�.
60
La répartition calculée de ces efforts résultants
Pression (kN/m2)
400 400
50 cm
150 cm
350 250 cm
350
350 cm
405 cm
300
94 %
250 250
(cm)
(cm)
de coffrage
95 %
de béton
200
Hauteur
Hauteur
92 %
150 150
96 %
te
100 an
ss
oi
cr
n
to
bé
de
e ur
ut 92 %
Ha
50 50
91 %
0
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Pression (kN/m2)
D2, tantôt une surestimation, tantôt une sous- des dynamomètres que d’interpréter ceux des la surface du coffrage. Les forces de réaction
estimation. capteurs de pression. Il faut en effet disposer qui en résultent donnent une indication de la
d’un modèle (simplifié) du coffrage sur la base relation entre la poussée sur le coffrage et les
Il convient toutefois de préciser qu’il est de duquel on peut contrôler, pour une sollicitation efforts mesurés sur les entretoises. Dans ces
loin plus fastidieux d’analyser les résultats imposée (fictive), la ‘répartition’ des efforts à conditions, il est dès lors malaisé de se pro-
noncer avec précision sur l’évolution réelle de
la poussée à l’intérieur du coffrage.
Fig. 23 Simulation d’un pan de Fig. 24 Simulation par la méthode des Dans la pratique, toutefois, les fournisseurs de
coffrage (voile) par la méthode des éléments finis des actions exercées coffrages savent généralement quels sont les
éléments finis. sur un pan de coffrage (voile). efforts admissibles sur les entretoises, tant en
ce qui concerne la charge maximale par entre-
toise, que pour ce qui est de la déformation du
coffrage. En effet, si une pression excessive à
l’intérieur de la structure n’entraîne pas né-
cessairement sa rupture, elle peut néanmoins
provoquer une déformation inadmissible du
coffrage et, partant, de la surface de l’élément
en béton.
5.5.2 Densité d’armatures Fig. 26 Pressions mesurées dans les voiles à six hauteurs
différentes à l’intérieur du coffrage.
Les voiles M2, M4, M6, M8 et M9 renferment 100
la quantité minimum d’armatures; les voiles C1 C2 N C3
M3, M5, M7 et M10 la quantité maximale.
90
H - 17,5
H - 50
Fig. 25 Configuration du coffrage. 17,5
80 50
H - 117,5
117,5
H - 152,5
(kN/m2)
70
152,5
H - 217,5
217,5
du béton�
60 H - 252,5
252,5
Pression
50
H est la pression
hydrostatique corres-
40 pondant à chaque
hauteur dans le cof-
frage, symbolisée par
les lignes pointillées.
30
Les grandes colonnes
gris vert représentent
le type de mélange.
20
M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10
Voile
Mélange���
C1
Les résultats d’essai relatifs à la prise du 85
béton montrent des écarts importants dans 80 Mélange
la durée de prise des mélanges : de 7 heures 75 C3 (M9)/C2 (M7)
pour les voiles M1 et M8, à plus de 20 heures 70
pour les voiles M9 et M10, la durée moyenne 65
de prise étant de 15,5 heures. Si l’on excepte 60
les adjuvants, la formulation de base était 55
cependant pratiquement identique pour tous 50
les voiles en BAC. 45
40
Par rapport au voile 8 composé de béton 4-9 5-7
classique, la durée de prise se révèle par- Voile (-)
ticulièrement longue pour certains voiles,
sans doute en raison de leur teneur élevée en Pour chaque voile, deux séries de cubes ont tique à une température de 20 ± 2 °C et une
superplastifiant. L’impact du superplastifiant été confectionnées en vue de la réalisation humidité relative > 95 %, conformément aux
et de son dosage sur la durée de prise est des essais de compression. La première série, prescriptions de la norme relative aux essais
donc manifeste. Ainsi, par exemple, un net conservée à pied d’œuvre afin de garantir des de compression sur béton.
surdosage en superplastifiant dans le voile 9 conditions de conservation identiques, a été
a donné lieu non seulement à une importante utilisée notamment pour déterminer à quel Après décoffrage, des cylindres de 70 mm
ségrégation, mais également à un allongement moment procéder au décoffrage. La seconde de hauteur et de 79 mm de diamètre ont été
considérable du temps de prise. série de cubes a été placée en chambre clima- prélevés à quatre hauteurs différentes (0,5 m -
56 40 45 48
climatique
59 48 53 45 34
chambre
En
50 45 48 55 38 43 32 41 47
Sur
site
58 51 56 46 36 43 36 53 42
du mur
0,5 m
Cylindres prélevés à une hauteur de
64 52 58 48 37 56 34 69 52
du mur
1,5 m
58 51 56 53 36 47 33 58 48
du mur
2,5 m
59 47 54 44 – 46 38 58 42
du mur
3,5 m
(*) ��������������������������������������������������������������������������������
Les cases grises mentionnent la résistance en compression à 28 jours (en N/mm²).
(en kg/m3).
Les cases colorées en vert clair fournissent la masse volumique���������
par conséquent d’un moyen intéressant frages clairement fait apparaître l’influence consi-
pour évaluer rapidement les sollicitations • quant au type de mélange, son influence dérable d’un surdosage en superplastifiant sur
qui s’exercent sur le coffrage. sur la poussée du béton est indéniable. la poussée que le béton exerce sur les coffrages
(les valeurs les plus élevées ont été enregistrées)
L’influence des paramètres tels que la vi- Un facteur non négligeable tient toutefois ainsi que sur la durée de prise (beaucoup plus
tesse de coulée, la densité d’armatures et aux difficultés d’extrapolation des résultats longue).
le type de mélange a été déterminée expé- de laboratoire en résultats à grande échelle.
rimentalement à l’aide de plusieurs essais La répétitivité des valeurs de viscosité et D’une manière générale, il est dès lors recom-
en vraie grandeur. Les résultats relatifs aux de thixotropie obtenues en laboratoire s’est mandé de ne pas renoncer à prendre en compte
différentes vitesses de coulée et aux densités avérée délicate pour les fournitures de béton la pression hydrostatique du béton, à moins que
d’armatures donnent cependant lieu à des faites par la centrale. la vitesse de coulée soit particulièrement lente
interprétations divergentes : (< 1 m/h). Si le calcul de la pression hydrosta-
• des vitesses de coulée peu élevées (5 m/h La prudence est donc de rigueur lorsqu’on tique nécessite des adaptations excessives du
au lieu de 10 m/h) ou des quantités d’ar- considère des phénomènes tels que la thixo- coffrage, on peut opter pour une mise en œuvre
matures importantes (4 % au lieu de 1 %) tropie : la moindre variation dans la formu- dans des conditions de pression contrôlées par
n’apparaissent pas comme des facteurs lation des bétons peut modifier sensiblement un certain nombre de capteurs. n
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