La déformation, la composition et les caractéristiques mécaniques du béton

Bruno Caillard

Déformation du béton

Le béton durci est un pseudo-solide en perpétuelle évolution.
Ces propriétés sont fonction de son âge, de son histoire, des contraintes qu’il supporte et du milieu ambiant.
Il subit deux (02) types de déformations :

  • des déformations spontanées qui se produisent en absence de toute charge et se traduisant par des variations de volume (gonflement et retrait)
  • des déformations surcharges qui sont d’abord instantanés, élastiques ou plastiques puis lente, surcharges de longue durée (fluage).

Composition du béton

La détermination des proportions optimales des divers constituants d’un béton est importante de façon à obtenir les meilleurs caractéristiques pour ces bétons tel est le but de toute étude de composition d’un béton.
Selon la méthode de Faury avec les différentes hypothèses suivantes :

  • dosage du ciment à 350 kg/m3 ;
  • granulométrie des granulats suivant le tableau ci-après ;
Diamètres passoires en mm 0,10 0,40 0,63 1,00 1,60 2,50 4,00 5,00 8,00 10,0 12,50 16 20 25 31
Pourcentage de sable 0/5 7 23 36 55 78 90 92 96 100 100 100 100 100 100 100
Pourcentage gravillon 5/15 0 0 0 0 0 0 0 10 45 60 70 95 100 100 100
Pourcentage gravillon 15/25 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 8 10 65 92 100
  • Diamètre nominal des grains de ciment supposé égal à 0,0065 mm, masse volumique égale à {3,1 T/m^3} ;
  • Masse volumique su sable et du gravillon égale à {2,7 kg/m^3}.

Faury est arrivé aux conclusions suivantes :

Béton Ciment (Kg) Sable (m3) Gravillon (m3) Eau (L)
Béton ordinaire 150 - 300 0,4 0,75 120 _ 130
Béton armé 300 - 400 0,4 0,8 140 - 170

Les épreuves des bétons sur le chantier

Quand on exécute un ouvrage en béton armé, il faut le réussir du premier coup. En effet, si le béton est de qualité tel que la sécurité ne soit pas assurée il faut démolir tout l’ouvrage. C’est pourquoi il faut prendre en ce qui concerne le béton des précautions multiples et vérifier constamment ces diverses qualités. Ces vérifications sont faites au moyen d’essai réglementaire :

  • Épreuves d’études,
  • Épreuves de convenance,
  • Épreuves de contrôle de régularité,
  • Épreuves d’information.

Épreuves d’études

Elles sont destinées à donner les justifications expérimentales nécessaires de l’étude des compositions du béton. Les épreuves d’études permettent ainsi de confirmer le choix des lieux d’extraction des granulats.

Épreuves de convenance

Il doit ressortir de l’épreuve de convenance que les résistances à la compression et à la traction exigible peuvent effectivement être atteintes sur le chantier. S’il en était autrement, les qualités des matériaux ou les conditions de fabrication devraient être améliorés et l’épreuve de convenance à recommencer dans les conditions nouvelles. Si les essais à sept (07) jours correspondent aux résultats de l’étude alors la mise en place du béton peut-être autorisée sans attendre le délai de vingt huit (28) jours.

Épreuves de contrôle de régularité

Les épreuves de contrôle ont pour but la régularité de fabrication du béton, ses essais sont essentiels et doivent obligatoirement être exécutés lors du coulage de béton de l’ouvrage.

Épreuves d’information

Les épreuves d’information sont destinées à apprécier les résistances atteintes dans les ouvrages en fonction du temps. A cet égard, le moyen actuellement utilisé est de prélever directement sur l’ouvrage l’éprouvette d’essai par carottage.

Contraintes admissibles du béton

Pour assurer la sécurité des ouvrages, il faut limiter les contraintes auxquelles sont soumis les bétons. Le principe des règlements est de fixer les maxima admissibles pour les contraintes. Les contraintes considérées sont celles de compression, traction et cisaillement.

Par ailleurs les essais de pièces à ma rupture montrent que la contrainte de rupture du béton n’est pas constante d’une pièce à l’autre. C’est ainsi que cette contrainte de rupture est plus faible pour un poteau soumis à la compression simple que pour une poutre fléchie. Le règlement donne des contraintes admissibles variables en fonction de la nature de sollicitation.

Résistance nominale (contractuelle)

C’est la moyenne arithmétique des mesures de résistance à 28 jours d’âge diminué de 8/10è de leur écart quadratique moyen. Le béton est surtout caractérisé par sa contrainte de rupture para compression simple. La résistance nominale à la compression du béton est désignée par l’un des symboles suivants : \sigma`_{b}, \sigma`_{28}, \sigma`_{n}, et celle à la traction \sigma_{b}, \sigma_{28}.

A titre indicatif, les résistances attribuables au béton courant sur les chantiers sont montrées dans les tableaux suivants.

Dosage de ciment (Kg/m3) Résistance à la compression à 7 jours \sigma`_{7} (bar) Résistance à la compression à 28 jours \sigma`_{28} (m3) Résistance à la traction \sigma_{28} (m3)
250 130 180 17,8
350 190 270 23,8
400 - 300 25

Contrainte de compression admissible

La contrainte de compression admissible notée \bar {\sigma`_{n}}, \bar {\sigma`_{b}}, \bar {\sigma`_{28}},

Avec \bar {\sigma`_{28}} = \rho. \bar {\sigma`_{28}}

\rho : Coefficient de sécurité tel que \rho = \alpha. \beta. \gamma. \delta.\epsilon

La définition des \alpha, \beta, \gamma, \delta, \epsilon, est donnée par des règlements. Les valeurs varient de 5/6 à 1 et c’est en fonction des matériaux utilisés, du dosage et de leur mode de fabrication. Auparavant, \rho était unique où :

{\rho = {28 \over {100}} } \rightarrow {30 \over {100}}

et actuellement

{\rho = {28 \over {100}} } \rightarrow {60 \over {100}}

Contrainte admissible de traction en béton armé.

{\bar {\sigma`_{n}} } = 0,6 + 0,06 \sigma_{n}

Les adjuvants pour la confection des bétons

Les adjuvants sont des produits qui à faible dose dans un béton au moment de son malaxage ou lorsqu’il est encore frais provoque des modifications, des propriétés habituelles ou du comportement de ce béton. Les adjuvants donnent au constructeur des moyens d’agir sur la qualité de leur béton. Toutefois, il faut noter que ces moyens peuvent être dangereux et de plus en général ils sont chers.

Les adjuvants utilisés couramment sont de quatre (04) sortes :

  • destinés à accélérer le durcissement du béton,
  • destinés à améliorer l’adhérence avec du béton durci,
  • améliorer la maniabilité du béton pour les ouvrages fortement ferraillés,
  • destinés à assurer la protection du béton lors de son durcissement.