2. Les Matériaux du Béton Armé - IUTenligne

1 Mat riaux du b ton arm 1 2. Les Mat riaux du B ton Arm Le B ton ( ) Le b ton est un m lange de ciment, de granulats, d eau et ventuellement d adjuvants d fini par des normes (y compris pour l ). Ciments La production annuelle est en France d environ 20 millions de tonnes ( ) On distingue diff rents types de ciment et diff rentes classes de r sistance. Classes D finition CEM I Ciment Portland CEM II Ciment Portland compos (au laitier, fum e de silice, pouzzolane, cendres volantes, schistes calcin s, calcaire) CEM III Ciment de haut fourneau CEM IV Ciment pouzzolanique CEM V Ciment compos (laitier, cendres) Normal (N) Rapide (R) R sistance minimale A 2 jours A 28 jours A 2 jours A 28 jours Classe 32,5 / 32,5 10 32,5 Classe 42,5 10 42,5 20 42,5 Classe 52,5 20 52,5 30 52,5 B tons Un b ton est d fini par un certain nombre de crit res et sera caract ris par des performances dont la r sistance n est qu un des aspects.

2 La norme EN 206-1 s applique tous les b tons de structure, y compris ceux r alis s sur chantier, contrairement la norme qui ne s appliquait qu aux b tons pr ts l emploi. Les B ton pr ts l emploi ( ) sont fabriqu s industriellement avec les avantages que cela comporte (mat riaux stock s correctement, dosages pr cis (l'ajout d'eau d pend de la teneur en eau des granulats), contr les syst matiques des composants, r gularit des caract ristiques du ) On voit sur la march , au travers du r seau des usines de B ton Pr t l'Emploi, des b tons de r sistance tr s lev e, regroup s sous le terme de B tons Hautes Performances. En fait ils recouvrent une vaste gamme de b tons; une classification est propos e en fonction de leur r sistance, mais ne pas perdre de vue que le mot "performance" englobe des caract ristiques diverses : densit porosit perm abilit ou r sistance la p n tration de l'eau r sistance aux agents agressifs ext rieurs (chimiques notamment) r sistance aux cycles gel- d gel et au sels de d vergla age r sistance l'abrasion tenue au feu d formabilit retrait, fluage maniabilit d veloppement acc l r de la r sistance hydratation retard e teneur en air (air entra n et occlus) r sistance la compression (qui n est que l'une d'entre elles).

3 Mat riaux du b ton arm 2 Il existe au sens de la norme, trois types de b ton : - Les BCP- B tons Composition Prescrite - Les BPS- B tons Propri t s Sp cifi s - Les BCPN- B ton Composition Prescrite dans une Norme Pour les BCP B tons Composition Prescrite, la composition et les constituants utiliser sont sp cifi s au producteur par le client prescripteur. Le fournisseur n est responsable que du respect de la formulation donn e par l utilisateur. Ils ne doivent donc tre command s que par des prescripteurs r ellement comp tents dans la formulation des b tons. Pour les BPS B tons Propri t s Sp cifi s, les sp cifications sont les suivantes : o Exigence de conformit la norme EN 206-1 o Classe de r sistance o Classe d exposition o Dimension maximum des granulats o Classe de consistance o Classe de teneur en chlorures o Exigences compl mentaires (Prise retard e, r sistance l abrasion, au gel d gel, ) Exemple : Crit res de sp cification des BPS Classes de r sistance Not e par exemple C25/30 , (C comme Concrete), 25 repr sente la r sistance en compression en MPa 28 jours sur cylindre 16/32 et 30 celle sur cube 15/15/15.

4 Il existe de nombreuses classes allant de C8/10 C100/115. Les plus courantes tant C20/25 et C25/30 Classes d exposition Xo = Absence de risque de corrosion ou d attaques Xc = Corrosion par carbonatation XD = Risque de corrosion par chlorures autres que sel de mer (Sels de d vergla age, piscines ..) Xs = Corrosion par chlorures provenant de la mer XA = Attaques chimiques XF = Attaques gel d gel Classes de consistance S1 : De 10 40 mm ( 10 mm) S2 : De 50 90 mm ( 20 mm) S3 : De 100 150 mm ( 30 mm) S4 : De 160 210 mm ( 30 mm) S5 : > 220 mm ( 30 mm) Classes de teneur en chlores CL0,20 = Pour le b ton pr contraint (un peu trop permissive), CL0,40 = Pour le b ton arm courant, CL0,65 = Pour le b ton avec ciment CEM III, CL1,00 = Pour le b ton non arm.

5 O 0,20 correspond au % de chlorures autoris s par rapport au poids de ciment B ton propri t s sp cifi es BPS - NF EN206-1 C25/30 XC1(F) Dmax16 S3 CL0,40 Norme de r f rence 25 MPa sur prouvette 16-32 Classe d exposition (France) Sec ou humide en permanence (int rieur des b timents ou immersion permanente dans l eau) Dimension maxi du granulat en mm Classe de consistance (ou d affaissement au c ne) S3 : b ton plastique (100 150mm) Classe de chlorure 0-40 : b ton contenant des armatures en acier ou des pi ces m talliques noy es Mat riaux du b ton arm 3 Caract ristiques m caniques. Le b ton est caract ris par une bonne r sistance la compression fcj et une r sistance m diocre en traction ftj. Un module d'Young qui prend deux valeurs selon que l'on consid re des d formations instantan es Eij ou des d formations long terme, d formations diff r es, Evj.

6 Essais de laboratoire Exp rimentalement la r sistance la compression se mesure le plus souvent sur des prouvettes cylindriques de diam tre 16cm et de hauteur 32cm. La r sistance la traction s obtient soit par essai de traction par fendage (dit essai Br silien) soit par un essai de flexion sur prouvette prismatique. Essais de compression et de traction sur prouvettes 16x32 R sistance la compression ( ,1) Dans les cas courants, un b ton est d fini par une valeur de sa r sistance la compression, l' ge de 28 jours, dite "valeur caract ristique requise". Cette r sistance se mesure par des essais de compression simple sur prouvettes cylindriques de section 200 cm2 et de hauteur double de leur diam tre (les prouvettes sont dites "16-32"). Elle est not e fc28 et s'exprime en MPa et correspond dans la norme la valeur de la r sistance au dessous de laquelle peuvent se situer au plus 5% de la population de tous les r sultats des essais sur prouvette 16x32.

7 Cette r sistance caract ristique est donc bien inf rieure la valeur moyenne des r sultats d essai. Cette r sistance varie en fonction de l' ge du b ton et le r glement donne des lois d' volution de fcj (r sistance en compression j jours) en fonction de l' ge "j" en jours. Evolution de la r sistance en compression d un b ton en fonction de son ge Pour des b tons non trait s thermiquement, on admet (BAEL): fc28 40 MPa fcj = (4,76+0,83j) J 28 fc28 > 40 MPa fcj = (1,40+0,95j) J = 28 fcj = fc28 pour les calcul de r sistance 28 < J < 60 fcj = (4,76+0,83j) pour les calculs de d formation J > 60 fc28 40 MPa fcj = 1, pour les calculs de d formation Age (jours) fcj r sistance en compression fc28 28 Mat riaux du b ton arm 4 R sistance la traction du b ton ( ,12) La r sistance la traction du b ton j jours, not e ftj et exprim es en MPa est d finie conventionnellement par la relation ftj = 0,6 + 0,06.

8 Fcj si fc28 < 60 MPa et ftj = 0, si 60< fc28 < 80 MPa Quelques valeurs D formations longitudinales du b ton ( ,2) Un essai de compression simple sur prouvette 16x32 permet d'obtenir le diagramme exp rimental "contrainte - d formation" du b ton ci-dessous. R glementairement, on applique des coefficients de s curit sur la r sistance du b ton et le diagramme qui sera utilis pour les calculs l'ELU (Etats Limites Ultimes) sera le diagramme dit "de calcul" (voir chapitre 4, ). La r sistance de calcul la traction sera n glig e. Le b ton est un mat riau fragile (par opposition ductile), il se d forme peu avant rupture. La loi de comportement fait appara tre une zone lastique (quasiment lin aire) et une zone plastique. bc2 = 3, si fcj < 40 MPa et bc2 = (4,5 0, ).

9 10-3 si fcj > 40 MPa Diagramme exp rimental et diagramme de calcul du b ton fbu = 0, ( . b) est la r sistance en compression pour le calcul l ELU avec : = 1 pour les charges appliqu es plus de 24h (0,9 entre 1 et 24h et 0,85 si < 1h) b = 1,5 l ELU normal et 1,15 l ELU accidentel. Un l ment de b ton comprim admet d s l'application de la charge une d formation instantan e. Mais au cours du temps, cette d formation va continuer cro tre du fait du fluage (d formation dans le temps, sous charge constante) et sera m me trois fois plus importante que la d formation instantan e. fc28 [MPa] 20 25 30 40 60 80 ft28 [MPa] 1,8 2,1 2,4 3 4,2 5,1 bc bc2 bc Diagramme r el Diagramme r glementaire de calcul l ELU fcj fbu= 0, ( . b) ftj Faible r sistance en traction Mat riaux du b ton arm 5 D formations instantan e et diff r e (due au fluage) D formations instantan es D formations diff r es Sous des contraintes normales d'une dur e d'application inf rieure 24 heures, on admet l' ge de j jours, un module de d formation instantan e du b ton de: Eij = Les d formations diff r es du b ton comprennent le retrait et le fluage.

10 Le module de d formation diff r e correspondant des charges de longue dur e d'application (r glementairement plus de 24 heures) est: Evj = si fcj < 60 MPa Evj = si 60< fc28< 80 MPa, sans fum e de silice Evj = si 60< fc28< 80 MPa, avec fum e de silice avec fcj en MPa et pour les b tons haute r sistance, sous r serve que la proportion volumique de granulat soit sup rieure 66%. Quelques valeurs en MPa fc28 Eij Evj 25 32160 10820 30 34180 11500 40 37620 12650 60 43060 17220 80 47400 18960 Retrait Le raccourcissement unitaire ( ) du au retrait, dans le cas de pi ces non massives l'air libre est estim : (ces valeurs tiennent compte d'un pourcentage moyen d'armatures). 1, Dans les climats tr s humides Dans les climats humides (France sauf quart Sud Est) Dans les climats temp r s secs (quart Sud Est de la France) En climat chaud et sec En climat tr s sec ou d sertique Remarque 1.