CHAPITRE II

MATERAUX DE CONSTRUCTION
LE BETON

II.1 COMPOSITION ET CARACTERISTIQUES

On appelle bétons les matériaux obtenus en gâchant dans un malaxeur des proportions convenables de
ciment, d’eau et de granulats avec éventuellement un ou plusieurs adjuvants. Les différents granulats
forment le squelette granulaire du béton. Le ciment, l’eau et les adjuvants forment la pâte liante.

II.1.1 COMPOSANTS DU BETON

II.1.1.1 Granulats
a- classement
Un granulat est constitué par un ensemble de grains minéraux appelés fines, sables, gravillons ou
cailloux suivant leur dimensions comprises entre 0 et 80 mm (tableau 1). Les granulats constituent le
squelette du béton. Peu déformables , ils améliorent la résistance de la matrice de ciment en s’opposant
à la propagation des micro-fissures provoquées dans la pâte par le retrait.

Terminologie Fines Sables Gravillons Cailloux Graves

d (mm) - <1 1 20 -
D(mm) <0.08 0,08 à 6,3 31,5 80 6,3 à 80
Tableau 1.

b- Granularité
C’est la distribution dimensionnelle des grains. On distingue :
- La granularité continue : toute la population de grains est représentée : fins , moyens,
gros.
- La granularité discontinue : une partie de la population de grains est absente. C’est la
plus fréquente.

c- Propreté
Les granulats ne doivent pas contenir d’impuretés. La propreté des granulats est assurée par lavage en
carrière (carrière argileuse). La présence d’argile peut causer des fissurations.
Pour le sable, la propreté est définie par l’essai d’équivalent de sable (E.S): on met dans une éprouvette
une quantité de sable, on remplit l’éprouvette d’eau et on agite (figure 1). Après, on laisse reposer le
contenu pendant 20 minutes. On distingue un dépôt de sable avec une fraction de dépôt argileux ou
limoneux appelé floculat. On mesure la hauteur de sable h1 et la hauteur h2 du floculat et sable.

Eau

Fines argileuses

h2
h1

Sable lavé

Essai d’Équivalent de Sable

Figure 1.

1
 L’E.S est donné par : ES 100 h1
h2

Si 70  E.S  80 : Bon sable à béton

Si E.S  60 : Sable trop argileux
Si E.S > 90 : Sable sec

d- Finesse des sables

Les particules fines sont nécessaires pour donner au béton une bonne ouvrabilité qui est définie par
l’aptitude du béton à se mettre facilement en place dans les coffrages. Un sable doit contenir un certain
pourcentage d’éléments fins (40 à 50 % inférieur à 0,5 mm).
L’analyse granulométrique permet de déterminer le module de finesse qui a pour expression :

M f 
ri
100

avec ri : refus cumulés en % pour les tamis 0,16; 0,315; 0,63; 1,25; 2,5; 5; 10; 20; 40; 80.
On préférera utiliser un sable tel que : M f 2,50,3

e- Foisonnement des sables

Le volume apparent du sable humide augmente par rapport au volume du sable sec. Ceci a une influence
notable quand le dosage du béton est réalisé en volume. On définit donc le coefficient de foisonnement
(Cf) donné par :

volume du sable mouillé

Cf 
volume du sable sec
Les sables foisonnent (augmentation de volume pouvant atteindre 20 à 25 % pour des teneurs en eau de 4
à 5 %). Leur dosage, s’il est fait en volume, devra être corrigé.

Exemple :
Quantité prévue de sable sec : 500 dm3
Sable humide avec Cf = 20 %
Quantité de sable humide équivalente au sable sec à prévoir : 500 x 1,20 = 600 dm3

II.1.1.2 Liants
Les liants hydrauliques ou ciments ont la propriété de s’hydrater en présence d’eau et parce que cette
hydratation transforme la pâte liante, qui a une consistance de départ plus ou moins fluide, en un solide
pratiquement insoluble dans l’eau. Le ciment résulte du broyage et de l’homogénéisation de composants
suivants :
- Le clinker
- Le laitier granulé de haut fourneau
- Les fumées de silice
- Les pouzzolanes naturelles
- Les cendres volantes les schistes calcinés
- Le calcaire
- Les constituants secondaires
Les caractéristiques principales des ciments sont données en annexe.

II.1.1.3 L’eau de gâchage

L’eau entrant dans la composition du béton ne doit pas contenir d’éléments nuisibles et d’impuretés en
quantités telles qu’ils pourraient porter préjudice à la prise, au durcissement et à la durabilité du béton ou
provoquer une corrosion des armatures.
Les eaux potables fournies par un réseau public de distribution conviennent à tous les types de béton.
2
Les eaux de rinçage et de recyclage d’installation du bétonnage sont habituellement utilisables : leur
aptitude est à vérifier pour certains bétons.
Les eaux de ruissellement, les eaux pompées dans la nappe phréatique, les eaux de rejets industriels
doivent subir un essai de convenance.
Les eaux usées ne conviennent pas.

II.1.2 QUALITES ESSENTIELLES

II.1.2.1 L’ouvrabilité
C’est la qualité d’un béton qui permet sa maniabilité en conservant son homogénéité. Cela se traduit par
la facilité :
- De mise en œuvre dans les coffrages ;
- D’enrobage des aciers ;
- D’obtention d’un parement brut acceptable.
La condition d’ouvrabilité est fixée par la plasticité du béton.

a) Essais de plasticité

 Affaissement au cône d’Abrams (figure 2)

Quatre couches sont mises en place par piquage (25 coups par couche) dans un tronc de cône. On mesure
l’affaissement après démoulage et stabilisation de l’éprouvette testée. On peut classer comme suit
(tableau 2) les qualités d’ouvrabilité du béton en fonction de l’affaissement au cône :

1 00

A
300

2 00

E ssa i d’ou v rab ilité: c ôn e d’A bram s

C otes e n m m
A : affaisse m e nt

Figure 2.

Qualité du béton Affaissement

Béton très ferme 0 à 2 cm
Béton ferme 3 à 5 cm
Béton mou 6 à 8 cm
Béton très mou 13 à 16 cm
Béton fluide Supérieur à 16 cm
Tableau 2.

 Etalement à la table à secousses (figure 3)

On soumet le béton démoulé à une série de 15 secousses et on mesure le diamètre après étalement du
béton. La consistance du béton est appréciée en fonction du rapport d’augmentation du diamètre comme
suit (tableau 3) ci-après :

Qualité du béton Rapport d’étalement

Béton très ferme 1,1 à 1,3
Béton ferme 1,3 à 1,5
Béton plastique 1,5 à 1,7
Béton mou 1,7 à 2,0
Tableau 3.

3
 D

17

12,5
25

Béton après démoulage

Essai d’ouvrabilité: Table à secousses

Figure3.

 Conditions d’amélioration de l’ouvrabilité

 Ne pas faire des bétons trop secs ;

 Ne pas utiliser des granulats de concassage ;
 Ne pas utiliser une granularité trop chargée en graviers ;
 Prévoir un dosage en ciment suffisant ;
 Utiliser un dosage présentant un bon module de finesse ;
 Ne pas utiliser des gros granulats ;
 Adopter une granularité continue ;
 Utiliser un adjuvant si nécessaire.

b) Influence du dosage en eau

Le dosage en eau agit à la fois sur les deux qualités fondamentales du béton : l’ouvrabilité et la
résistance. Il faut respecter le dosage en eau totale prévu. Les granulats sont souvent humides et
contiennent donc une certaine quantité d’eau d’apport. En conséquence, l’eau à ajouter est la
différence entre l’eau totale prévue et l’eau d’apport.
L’influence du dosage en eau sur le béton est présentée dans le schéma suivant :

Inconvénients

Insuffisance d’eau Excès d’eau

• Difficulté de mise en œuvre; • Chute de résistances mécaniques en

compression et en traction;
• Défauts de parement;
• Retrait accentué;
• Enrobage défectueux des aciers;
• Perméabilité accentuée;
• Chute de résistances mécaniques
par manque de compacité. • Ségrégation à craindre.

Ce qu’il faut

Un dosage précis et constant de la quantité totale d’eau juste nécessaire en tenant compte de:
o L’eau apportée par les granulats;
o L’eau ajoutée pour l’hydratation et la mise en œuvre.

4
  Détermination de la teneur en eau des granulats

 Par brûlage à l’alcool :

Les granulats mouillés sont pesés avant et après brûlage à l’alcool. La teneur en eau w en (%) est obtenue
par :
w P1  P2 100
P2

avec P1 la masse des granulats humides et P2 celle des granulats secs.

 Par mesure de la résistance électrique du sable mouillé :

La résistance électrique diminue en fonction de la teneur en eau.

 Par utilisation de sondes capacitives :

Il s'agit de réaliser un condensateur dont l'élément isolant est constitué par le granulat humide et de
mesurer les variations.

 Par sondes à neutrons :

La plus ou moins grande quantité d'eau a pour effet de provoquer un ralentissement des neutrons rapides.

II.1.2.2 La résistance
La résistance, comme l’ouvrabilité, est également une qualité fondamentale du béton. Il s’agit surtout de
la résistance à la compression mais également à la traction.

a) Résistance en compression
Désignée par fc28 : résistance en compression à 28 jours. Elle se mesure par compression axiale de
cylindres de béton dont la hauteur est double du diamètre (diamètre = 15.96cm). La section est de 200
cm2.

b) Résistance en traction
Désignée par ft28 : résistance en traction à 28 jours. Elle peut être évaluée par :

 Traction par fendage : en écrasant un cylindre de béton placé horizontalement entre les
plateaux d’une presse (essai Brésilien)

 Traction-flexion : à l’aide d’une éprouvette prismatique de côté a et de longueur 4a reposant

sur 2 appuis horizontaux et soumise à la flexion.

c) Valeurs de résistances couramment atteintes (tableau 4)

Dosage en ciment ( en kg/m3) Résistance caractéristique

Classe 45 et 45 R Classe 55 et 55 R fc28 en MPa ft28 en MPa
C.C A.S C.C A.S (compression) (traction)
300 - - - 16 1,56
350 325 325 300 20 1,80
- 400 375 350 25 2,10
Tableau 4.
C.C signifie conditions courantes de fabrication.
A.S signifie auto-contrôle surveillé.

5
II.1.3 COMPOSITION DES BETONS
La composition des bétons est basée avant tout sur l’expérience et sur les résultats obtenus après essais de
rupture d’éprouvettes, à la compression et à la traction.
Il s’agit de définir les pourcentages optimaux des différents granulats (sables, graviers, cailloux) dont on
dispose, pour obtenir avec un dosage approprié en ciment :
- une ouvrabilité souhaitée ;
- une résistance escomptée.

a) Méthodes basées sur des considérations théoriques ou des essais

 Méthode à granularité continue de Bolomey :
Il s’agit de la formule suivante :

p% A100 A d
D
Dans laquelle :
A est un coefficient variant de 8 à 16 d’autant plus élevé que le dosage en liant est important.
D est le plus gros diamètre des grains.
p est la proportion de constituants des granulats passant au tamis correspondant de maille d.

 Méthode Faury :
Cette méthode tient compte, par des coefficients :
- de l’effet de paroi ;
- de la nature des grains ;
- de la plasticité recherchée ;
- de la vibration.
Elle aboutit en principe à une granularité continue.

b) Méthode générale du C.E.S (Centre d’Essais des Structures) :

C’est une méthode rapide qui fait appel à l’utilisation des abaques de Dreux. Par cette méthode, on vise
conjointement une résistance en compression à 28 jours comprise entre 15 et 40 Mpa selon l’emploi du
béton et une ouvrabilité de béton à contrôler en mesurant l’affaissement au cône d’Abrams.
Pour déterminer la composition d’un béton, il suffit de suivre le circuit des flèches comme l’indique
l’abaque ci-dessous.

II.2 LE CONTROLE DU BETON

Le contrôle n’a pas pour but unique de détecter les défauts de qualité pour pouvoir déclencher des
sanctions. Son rôle doit être avant tout préventif.
Le contrôle pour être préventif, doit s’exercer dès la livraison des granulats et tout au long de la chaîne de
bétonnage.
Pour cela, contrôleur et bétonneur, doivent collaborer et se tenir réciproquement informés des difficultés
rencontrées, des mesures prises ou à prendre et des résultats obtenus (plasticité, remplissage des
coffrages, évolution des résistances…).

II.2.1 CONTROLE DESTRUCTIF

Le contrôle destructif est celui pour lequel on casse du béton en écrasant des éprouvettes confectionnées
au cours du bétonnage ou prélevées dans l’ouvrage par carottage.
Ce contrôle sert essentiellement à déterminer la résistance du béton au jour de l’essai. La résistance à
obtenir par contrat (stipulations du marché) est, en général, fixée à 28 jours d’âge ; cependant on peut
avoir besoin de connaître la résistance du béton à un âge plus jeune (décoffrage, transport ou mise en
charge d’une pièce, mise en précontrainte etc…).

II.2.1.1 Fabrication des éprouvettes

On fabrique des éprouvettes avec le béton utilisé et selon une méthode normalisée :

6
  cylindres16 x 32 cm : on les remplit en deux couches de préférence avec une pelle à
charbon et le serrage dans le moule se fait par piquage à raison de 20 coups par couche si
le béton est mou; si le béton est plastique ou ferme, on utilise la vibration à l’aiguille de 25
mm de diamètre ; le temps de vibration par couche est approximativement dans le tableau
n°5 suivant :

Béton Affaissement Temps de vibration par couche

Ferme 0 à 2 cm 20 à 25 secondes
Très ferme 3 à 5 cm 15 à 20 secondes
Plastique 6 à 9 cm 10 à 15 secondes

tableau 5.

 prismes 10 x 10 x 40 cm : ils sont moins souvent utilisés que les cylindres ; on les remplit
en une seule couche et on les vibre en 3 points (au milieu , au quart et au trois quarts de la
longueur).La durée de vibration en chacun des 3 points est approximativement de :
 10 à 12 secondes pour les bétons très fermes ;
 8 à 9 secondes pour les bétons fermes ;
 6 à 7 secondes pour les bétons plastiques.
Pour les bétons mous, on se contente d’un simple piquage à raison de 40 coups répartis sur la
surface de l’éprouvette.

II.2.1.2 Conservation des éprouvettes

 Eprouvettes de contrôle : elles servent à contrôler la qualité du béton en tant que matériau
utilisé pour la construction ; leur conservation normalisée est : dans l’eau à 20° ; elles
doivent donc être envoyées au laboratoire dès qu’elles ont atteint un certain durcissement
(au bout de 48 h par exemple).

 Eprouvettes d’information : elles servent à informer approximativement le constructeur

de la résistance probable atteinte dans l’ouvrage afin de pouvoir opérer par exemple un
décoffrage, un transport, une mise en charge, une mise en précontrainte, etc. Elles doivent
donc être conservées à proximité de l’ouvrage et dans des conditions aussi voisines que
possible (température ambiante, exposition au soleil, à la pluie, au vent, etc…).

II.2.1.3 Essais des éprouvettes

La résistance en compression se mesure en écrasant des éprouvettes cylindriques entre les plateaux
d’une presse (figure 4). Si l’on utilise comme c’est le cas, en général, des cylindres de 16 cm de
diamètre (section = 200 cm2) ; si donc, la rupture se produit sous une charge de 66 tonnes soit 0.65 MN,
la résistance du béton est de 0,65 MN / 0,02 m2 = 32.5 MPa. C’est ce que l’on appelle la contrainte
de rupture en compression et on la désigne par la notation fcj (j étant l’âge du béton le jour de
l’essai).

Plateau

16cm
32cm

Plateau

Essai en com pression

figure 4.

7
 La résistance en traction peut se mesurer en écrasant des cylindres placés horizontalement entre les
plateaux d’une presse (figure 5) ; le diamètre vertical du cylindre est alors soumis à une contrainte de
traction et d’après la charge obtenue au moment de la rupture, on calcule la contrainte de rupture par
traction-fendage.

F F

Plateau Plateau

cm
16 fente

Plateau Plateau

F F

Essai de traction par

fendage

Figure 5.

L’essai de traction le plus fréquemment utilisé consiste à rompre par flexion des éprouvettes
prismatiques (10 x 10 x 40 cm par exemple). La résistance en traction que l’on désigne par la notation
ftj est beaucoup plus faible que la résistance en compression (12 à 15 fois moins).On peut l’évaluer
approximativement par la formule :

ftj 60.06 fcj

II.2.2 CONTROLE NON DESTRUCTIF

Le contrôle non destructif s’effectue sur l’ouvrage lui-même par auscultation du béton au moyen
d’appareils appropriés que l’on distingue comme suit :

II.2.2.1 Le scléromètre
Il comporte un cylindre et un piston à ressort (figure 6) . On pose la base du piston sur le béton et en
appuyant, on enfonce le piston dans le cylindre jusqu’au moment où une bille intérieure se trouve projetée
sur le béton et rebondit plus ou moins selon la dureté et la résistance du béton ; le rebond déplace un
index qui permet la lecture de l’indice sclérométrique . Il faut faire un assez grand nombre de mesures (
au moins une dizaine) et prendre la valeur moyenne.

S c lé ro m è tre e n p o s itio n
v e rtic a le

In d e x m o b ile

T ig e m é ta lliq u e
B lo c a rm é

E s s a i s c lé ro m é triq u e

Figure 6.

8
Quelques valeurs approximatives de l’indice sclérométrique et de la résistance correspondante sont
données dans le tableau n°5 suivant :

Indice sclérométrique 20 25 30 35 40
Résistance approximative en MPa 10 15 25 35 40
Tableau 5.

II.2.2.2 L’auscultation dynamique

Elle consiste à mesurer la vitesse du son dans le béton ; celle-ci est d’autant plus élevée que le béton est
compact et résistant. La mesure se fait à l’aide d’un appareil émetteur-récepteur d’ultrasons (figure 7).
Les valeurs moyennes de la vitesse du son et de la résistance correspondante sont approximativement
données comme suit dans la tableau n°6 les suivantes :

Vitesse de son en m/s 3500 4000 4500

Résistance en MPa 10 20 40
Tableau 6.

Dispositif de chronométrage Dispositif de chronométrage

1 1

Émetteur 3 Récepteur Émetteur Récepteur

Essai d’auscultation dynamique

Cas n°1 Cas n°2

Figure 7.

Dans le premier cas de la figure ci-dessus, le béton est homogène. Les temps de propagation de l’onde
sont sensiblement les mêmes quel que soit le niveau considéré du sondage.
Dans le deuxième cas, le béton de l’ouvrage présente une caverne. Le temps de propagation de l’onde
sera plus long au niveau 2 du sondage qu’aux niveaux 1 ou 3 car le chemin à parcourir est plus long.

II.2.2.3 Le pachomètre
Cet appareil met en jeu l’influence d’une barre d’acier se trouvant placée dans un champ magnétique ;
lorsque l’on promène l’appareil sur la surface du béton, le champ magnétique créé par l’appareil se trouve
modifié lorsque l’on passe près d’une des barres constituant le ferraillage et l’aiguille du cadran de
l’appareil se déplace ; le déplacement maximum se produit quand on est à l’aplomb de la barre et il est
d’autant plus important que la barre est plus près de la surface ; on peut donc ainsi repérer et vérifier la
position des barres d’acier dans le béton.