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Constituants du béton: Caractéristiques et dosage de base
Propriétés essentielles du béton :
1.Nuances de béton : Le béton est connu par sa résistance à la compression. M20 et M25 sont les grades de béton les plus courants et des grades plus élevés doivent être utilisés pour les environnements sévères. 2.Résistance à la compression du béton : La résistance varie considérablement pour un même mélange de béton. Par conséquent, une seule valeur représentative appelé force caractéristique est utilisée. 3.Résistance caractéristique du béton : La résistance caractéristique du béton dans l’élément de flexion est égale à 0.67x la résistance du cube de béton. La résistance de conception (fd) = résistance caractéristique / facteur de sécurité partiel pour la résistance du matériau. La valeur du facteur de sécurité partiel dépend du type de matériau et du type d’état limite. Selon le SI, le facteur de sécurité partiel est 1.5 pour le béton et 1.15 pour l’acier. 4.Résistance à la traction du béton : La résistance à la traction ou à la fissuration du béton à partir de la résistance à la compression du cube est obtenue par fcr = 0.7 fckN/mm2. La résistance a la traction du béton en traction directe varie entre 1/8 et 1/12 de la résistance a la compression du cube. 5.Fluage : Le fluage est la déformation plastique sous une charge soutenue. Elle dépend de la durée du chargement soutenu. Selon le SI, la valeur du coefficient du fluage ultime est égale a 1.6 à 28 jours de chargement. 6.Rétrécissement du béton : La diminution en volume pendant séchage et durcissement est appelée retrait. Cela dépend de la durée de l’exposition. Si cette contrainte est évitée, elle produit une contrainte de traction et développe des fissures dans le béton. 7.Rapport modulaire : Le rapport modulaire est le module d’élasticité de l’acier au module d’élasticité du béton. Ratio modulaire à court terme = Es/Ec avec Es = module d’élasticité de l’acier et Ec = module L’élasticité du béton. Et comme le module d’élasticité du béton change avec le temps, le rapport modulaire change également. En tenant compte des effets du fluage et du retrait partiellement, le SI donne au rapport modulaire à long terme l’expression suivante : Rapport modulaire a long terme (m) = 280/3 fcbc avec fcbc= contrainte de compression admissible due à la flexion dans le béton en N/mm2 8.Coefficient de poisson : Le coefficient de poisson varie entre 0.1 pour le béton a haute résistance et 0.2 pour les mélanges faibles. El est normalement pris de 0.15 pour la conception de résistance et de 0.2 pour les critères d’aptitude au service 9.Durabilité du béton : La durabilité du béton est sa capacité à résister à sa désintégration et a sa pourriture. Sa perméabilité a l’augmentation de l’eau et d’autres matériaux nocifs influence la durabilité du béton. 10.Poids unitaire du béton : Le poids unitaire du béton dépend du pourcentage d’armature, du type de granulat, de la quantité de vides et varie entre 23 et 26 kN/m3. Le poids unitaire du béton ordinaire et arme est, selon le SI, 24 et 25 kN/m3. La faible perméabilité dans le béton est obtenue par un ciment adéquat, un rapport eau/ciment suffisamment bas et un durcissement adéquat. Le Dosage du Béton : Le béton est un mélange de sable, de ciment, eau, gravillons et éventuellement d'adjuvant. Les caractéristiques du béton (résistance, aptitude à la mise en place, etc), qui sont directement liées au dosage de ses constituants, doivent être adaptées en fonction de son utilisation. C’est pourquoi le dosage du béton d Précisions sur le Dosage en Ciment : Lorsque l'on évoque le dosage du béton, on pense de prime abord au dosage en ciment. Le ciment est un élément essentiel, car il apporte la résistance au béton. Son dosage est fonction du type de béton. Plus le dosage en ciment est élevé, plus la résistance du béton sera importante. En revanche moins le béton sera économique. Pour la plupart des ouvrages courants de maçonnerie en béton armé tels qu'une dalle en béton, une terrasse en béton, un escalier, un mur, un linteau ou un poteau, il est d'usage de recourir à un dosage ciment de 350 kg/m. pour réaliser 1m de béton standard dosé à 350kg il faudra donc 7 sacs de 50 kilos de ciment. Pour réaliser du béton pour non armé (béton de fondation non armé, béton pour sceller des poteaux, etc.) un dosage ciment de 300 kg/m3 suffira. Le béton de propreté, utilisé en fond de fouilles des fondations, est un béton maigre faiblement dosé en ciment : on utilise un dosage ciment d'environ 200 kg/m3. Avec un dosage à 350kg de ciment, la résistance caractéristique du béton à la compression à 28 jours peut atteindre la valeur de 20 MPa doit être adapté au type de travaux à réaliser. Le Dosage du Béton en Volume : Lorsque l'on effectue une gâchée de béton à la bétonnière ou à la main, on dose les constituants (gravier sable ciment eau) en raisonnant généralement en volume. Cette méthode est facile à réaliser, elle fonctionne à tous les coups, cependant le dosage du béton reste approximatif. - Ainsi, pour obtenir 1m de béton à la bétonnière, il faut préparer : 150 litres d'eau, 800 litres de graviers, 400 litres de sable et sept sacs de 50 kg de ciment (350 kg). Si le sable est humide, majorer les quantités de 10% pour tenir compte du foisonnement. Citer les principaux adjuvants et leurs rôles 1.Plastifiant réducteur d’eau Effets : -augmenter l’affaissement. -Réduire le teneur en eau Domaine d’application : -béton courants jusqu’à 30MPa. -Béton prêt à l’emploi (préfabrication légères). 2.Le superplastifiant Effets : -augmenter fortement l’affaissement. -Réduire le teneur en eau Domaine d’application : -Béton d’ouvrage d’art. -Bâtiments. - Béton précontraint. -Béton de préfabrication. 3.Accelerateur de durcissement Effets : -Augmenter la vitesse de montée en résistance de béton. Domaine d’application: -Pour décoffrages rapides. -Resistance a court terme. -Béton précontraint. 4.Accelerateur de prise Effets : -Réduire le temps de prise. -Augmenter la chaleur d’hydratation. Domaine d’application: -Bétonnage par temps froid. – Béton manufacturé (prêt a l’emploi) 5.Retardeur de prise Effets : -Augmenter le temps de début de prise. Domaine d’application: -Bétonnage au chaud. -Transport sur long distances. – Coulage du béton en continue. 6.Hydrofuges de masse Effets : -Réduire l’absorption capillaire du béton durci. -Limitation de pénétration d’eau. -Augmentation de durabilité. Domaine d’application: -Béton de fondation. -Béton de radier. - Béton de réservoir. -Béton manufacturé (paves). 7.Entraineurs d’air Effets : -Introduire des bulles d’air qui subsistent après le durcissement. - Augmenter de cohésion de béton. Domaine d’application: - Béton extrudes. - Béton routiers. -Béton manufactures exposes au gel. 8. Rétenteur d’eau. / Effets : -Réduire la perte en eau. Prise Et Durcissement Du Béton : Lorsque le béton est gâché dans la bétonnière ou dans le malaxeur de la centrale à béton, des réactions chimiques débutent dès que les grains de ciment entrent en contact avec l'eau. Dans un premier temps, ces réactions sont très lentes. Le béton reste alors frais et maniable ce qui lui permet d'être utilisable sur le chantier et remplir aisément les coffrages. Puis ces réactions chimiques, appelées réactions d'hydratation, vont s'accélérer et provoquer la perte de fluidité progressive du béton et ensuite la prise et le durcissement progressif du ciment. Elles vont se poursuivre sur le long terme (au-delà de 28 jours). Les Différentes Phases : La prise et le durcissement du béton se fait en 3 étapes : 1. Phase dormante : le béton frais conserve sa maniabilité et reste utilisable. L'hydratation des grains de ciment reste lente. 2. Début et fin de prise : à la fin de la période dormante succède le phénomène de prise qui correspond à l'accélération des réactions chimiques d'hydratation du ciment. Ces réactions donnent naissance à des hydrates, qui sont des microcristaux ayant la forme de fibres, de plaquettes ou d'aiguilles. Des ponts d'hydrates commencent à relier les grains de ciment entre eux. Le début de prise s'observe généralement sur un béton classique après 2h et se traduit par une augmentation de la viscosité du béton. La fin de prise correspond au moment où la pâte cesse d'être déformable et devient un matériau rigide. Les grains de ciment sont tous solidarisés. 3. Durcissement : La poursuite de l'hydratation se traduit par le durcissement. Résultat de la formation progressive de cristaux dont l'enchevêtrement et la croissance assurent la cohésion des différents grains du béton. La résistance mécanique continue à croitre pendant très longtemps, même après 28j. Essais sur le beton : 1.Essai d’affaissement au cône d’Abrams : l’essai d’affaissement au cône d’Abrams est un essai réalisé sur le béton de ciment frais peu fluide pour déterminer sa consistance Mode Opératoire : Matériel : ▪ Plaque en acier avec surface dure et non absorbante ▪ Cône d’Abrams en acier galvaniser. Diamètre de base intérieur 200mm, diamètre de sommet intérieur 100mm et hauteur de 300mm. ▪ Tige d’acier lisse de diamètre 16mm et extrémité arrondie Etapes : ▪ Le cône d’Abrams est fixé sur la plaque ▪ Le cône est rempli avec du béton frais en 3 fois, chaque fois le béton est piqué 25 coups par la tige ▪ Le cône est arasé avec une tige ▪ Le cône est levé immédiatement verticalement et doucement en le tournant pour le démouler ▪ L’affaissement du béton frais est mesuré Interprétation des résultats : o Effondrement complet du béton o Affaissement par cisaillement : la partie supérieure du béton cisailles et glisse o Affaissement véritable : le béton s’abaisse simplement en gardant plus ou moins sa forme. 2.Essai de compression sur une éprouvette de béton : Le test d’écrasement en compression est le principal essai réalisé sur les éprouvettes afin de valider la conformité de la classe de résistance du béton. Il consiste à comprimer l’éprouvette avec une force croissante jusqu’à l’apparition de fissures afin de déterminer sa résistance à la compression. La pression exercée par la machine au moment de la fissuration correspond à la résistance du béton au moment du test. Ainsi, si le test a été réalisé 28 jours après la mise en œuvre du béton sur le chantier, la valeur de pression obtenue en MPa doit être supérieure à la résistance caractéristique du béton. Lors de la compression, certaines zones dites “zones de frettage” ne seront pas détruites. En effet, ces dernières ne fissurent pas, car elles sont protégées par le frettage (frottements) créé par les plateaux de la presse à éprouvettes sur la base de l’éprouvette. En présence de frettage, l’éprouvette est plus résistance et une charge plus élevée devra être appliquée pour arriver à la rupture.