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Les btons de hautesperformances (BHP)

Les btons de hautes performances ( BHP ) ontdabord t appels btons de hautes rsis-tances , car cest cette caractristique facilementmesurable qui a fait des progrs spectaculaires. Elleest passe de 30 35 MPa il y a quelques annes, plus de 100 MPa pour les btons trs hautes per-formances ( BTHP ), voire plus de 200 pour desbtons de laboratoire.

Les gains de rsistance ne sont pas les seuls avan-tages de ces btons qui tirent leurs proprits duneforte rduction de leur porosit.

Ils sont galement plus rsistants aux agents agres-sifs, aux phnomnes de gel-dgel et, de faon

gnrale, prsentent une durabilit accrue. Lesbtons HP permettent de raliser des structures sou-mises des contraintes leves ou des ouvragessubissant un environnement svre (climat, agres-sions marines, effets du gel).

Ils apportent aussi des rsistances prcoces le-ves au bton, ce qui permet dacclrer lescadences de fabrication en usine ou sur chantier.

s Composition

La recherche des hautes performances passe par larduction de la porosit du bton, cest--dire de sonpourcentage de vides, ainsi que le prvoit la thoriede Fret. Celle-ci tablit une proportionnalit entre larsistance et linverse du carr du volume dair etdeau libre.

La limitation de la porosit implique essentiellementdeux conditions :

une trs faible teneur en eau ;

une granulomtrie comportant des lments finsen quantit suffisante pour remplir les espaces entreles plus gros granulats.

Lemploi des superplastifiants permet une rductionde la teneur en eau du mlange consistance gale(entranant la suppression dun volume importantdeau non mobilis par lhydratation du ciment). Lesrapports E/C utiliss sont de lordre de 0,35 au lieude 0,45 0,50 pour un bton usuel (soit une rduc-tion de la teneur en eau de plus de 30 %).

Les superplastifiants sopposent la floculation desgrains de ciment, ce qui augmente leur ractivit,facteur de rsistance court terme.

Lutilisation de particules ultrafines pour complter lagranulomtrie du bton nest vraiment ncessaireque pour les btons THP. On peut raliser desbtons HP avec des ciments usuels de typeCEM I 52,5 et une granulomtrie bien tudie, lerecours des particules de moins dun micron dediamtre ne simposant que dans llaboration desbtons les plus performants.

Les ultrafines les plus utilises dans ce cas sont lesfumes de silice (teneur en SiO2 > 90 %), sous-pro-duits de lindustrie du ferrosilicium, conditionnespour les rendre utilisables (gnralement par densi-fication ou suspension dans leau).

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Vues de bton ordinaire et de BHPau microscope lectronique (grossissement 5 000).

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Les fumes de silice ont une action sur la granulo-mtrie du mlange, mais prsentent galement uneractivit avec la chaux libre, lie leur caractrepouzzolanique.

Les formulations actuelles de bton HP comportentle plus souvent en moyenne 400 500 kg de ciment,environ 700 kg de sable et 1 000 1 100 kg de gra-villons. Lemploi dun superplastifiant dos entre1 et 2 % du poids de ciment permet de rduire lateneur en eau de gchage une valeur comprise

entre 140 litres et 160 litres.

s Proprits

Le bton frais prsente une bonne ouvrabilit lieaux superplastifiants entrant dans sa composition.

Les BHP sont des btons fluides avec un E/C trs bas(0,30 0,35). Les valeurs daffaissement au cnesont suprieures 15 cm dans la plupart des cas.

Pour le bton durci, la proprit fondamentale surlaquelle on a dj insist et dont dcoulent la plupartdes autres, est sa faible porosit. Un bton courantprsente une porosit de 10 12 % ; pour un bton

HP, elle est infrieure 5 %. La durabilit est amliore du fait de labaissementde la porosit et de la permabilit. On constate, enparticulier, une amlioration de la rsistance auxagressions chimiques, qui se traduit par un compor-tement favorable en milieu marin ou en prsencedeaux agressives. La progression de la carbonata-tion en profondeur est rduite, ce qui assure unemeilleure protection des armatures.

Les btons HP prsentent gnralement une rsis-tance au gel amliore.

Lensemble des rsistances mcaniques (com-pression, traction) est augment, alors que les dfor-

mations sous charges instantanes et surtout souscharges permanentes sont diminues.

s Caractristiques

La rs istance la compres sion

Cest une caractristique souvent utilise pour clas-ser les btons HP. Cest ainsi que les spcialistesdistinguent :

Les gains de rsistance se manifestent ds le jeunege ; un bton 60 MPa 28 jours peut dpasser15 MPa 24 heures et 40 MPa 7 jours. En lab-sence de caractristique particulire, on adoptecomme contrainte de calcul (fc28) la valeur dduite dela formule retenue pour les btons usuels par les

rgles BAEL :fc28 = 0,85

fb, coefficient de scurit gnralement pris gal 1,5, sera probablement rduit dans lavenir dans la

mesure o les btons de hautes performances fontlobjet dun niveau de qualit suprieur la moyenne.

La contrainte de traction de calcul (ftj) se dduit de lacontrainte de compression (fcj), selon la formulerglementaire habituelle :

ftj = 0,6 + 0,06 fcj (MPa)

A titre dexemple, pour un bton prsentant unersistance caractristique de 80 MPa, la contrainte

en compression de calcul est de 45,3 MPa, lacontrainte en traction de calcul est de 3,32 MPa.

Le module de dfo rmation

De mme que pour les btons usuels, le module dedformation, instantan au jour j, peut tre dduit dela rsistance caractristique selon la formule retenuepar les rgles BAEL :

Eij = 11 000 3fc jLe fluage

Il est trs infrieur celui des btons usuels.

Le coefficient de fluage

de lordre de 2 pour les btons usuels, est comprisentre 1 et 1,5 pour un bton 60 MPa.

s Applications

La rsistance au jeune ge du bton autorise desdcoffrages rapides, ainsi que des mises en prcon-trainte acclres.

Les applications sont nombreuses en prfabrication(poutres, planchers), et sur chantier (voussoirs deponts, poteaux).

dformation diffredformation instantane

fck

jb

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*fc28 : la rsistance caractristique dfinie par les rgles BAEL.

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Les hautes rsistances en service permettent laralisation des structures de btiments et douvrages(btiments de grande hauteur, ponts, enceintesnuclaires, structures rticules) conciliantcontraintes leves et diminution des sections.

La durabilit et la rsistance aux agents agressifssont dterminantes pour les ouvrages la mer, lesstructures offshore, les ouvrages exposs au gel.

Il faut galement mentionner lemploi de btons HPen relation avec leur bonne ouvrabilit. Cest le casdes btons utiliss dans les btiments de grandehauteur et qui sont pomps, ou dans la ralisation depoutres avec un ferraillage laissant peu de place aupassage du bton.

Ralit des btons HP

s Les ouvrages dart

Le pont sur lElorn

Le pont sur lElorn, qui relie Quimper Brest, com-porte une trave centrale de 400 m pour une lon-gueur total de 800 m. Cest un record mondial pourun pont hauban nappe centrale. Les 104 haubansrpartis en quatre nappes mesurent de 37 240 met sont ancrs deux pylnes de 115 m de hauteurraliss en B 60.

Le pont de Joigny

Le pont de Joigny est un pont exprimental en btonde hautes performances, sintgrant au projet natio-nal Voies nouvelles du matriau bton .

Pour la premire fois en France, les performancesdu bton HP ont t prises en compte dans ledimensionnement du pont sur la base dun bton de60 MPa de rsistance la compression 28 jours,sans fumes de silice.

Louvrage comporte trois traves (34 m, 46 m, 34 m)et est deux nervures de 2,20 m de hauteur, avecprcontrainte longitudinale totalement extrieure.

Cette technique de prcontrainte permet dallger lastructure (nervures volume diminu aussi grce la rsistance du bton) et rend possible le remplace-ment ultrieur de lensemble de prcontrainte, int-ressant pour un ouvrage auquel le matriau apporteune grande longvit.

Les 1 060 m3 de bton du tablier ont t couls encontinu, pendant vingt-quatre heures seulement, enplein mois de dcembre.

Le bton HP tant de texture trs ferme, il en rsul-te un aspect de surface trs lisse, glac, presquevitrifi.

Lesthtique y gagne, la durabilit aussi.

Le pont de Normandie

Avec sa trave centrale de 856 m (nouveau recordpour les ponts haubans) et ses pylnes de 214 mde hauteur en BHP, le pont de Normandie est unouvrage dart exceptionnel.

Du fait de sa particularit, il fait appel, pour sa miseen uvre, des btons spcialement conus pourchacune de ses parties :

le bton de hautes performances (BHP 60 MPa),utilis pour les voussoirs des rampes daccs, per-met le dcoffrage rapide, la mise en tension accl-re des cbles de prcontrainte et le poussage de latrave au rythme dune longueur de voussoir tousles deux jours. Ceci grce la conjugaison du super-plastifiant et dun fort dosage en ciment,

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le bton de hautes performances est encore misen uvre pour raliser les deux pylnes. Il sagit dumme bton que celui dcrit prcdemment. Eneffet, il rend possible le dplacement des coffragesautogrimpants dans des dlais minimums pour destempratures pouvant descendre 5 C.

Le pont de lle de R

Les dlais imposs lentreprise pour cet ouvragede prs de 3 000 m de long (construit en moins

de 16 mois) ont t dterminants dans le choix dubton HP.

Alors que le cahier des charges ne prvoyait quunbton B40 pour les voussoirs, les cadences dex-cution de ces 798 pices imposaient un dmoulage 15 heures, donc une rsistance minimale de12 MPa. Le bton ralis qui prsentait une rsis-tance 15 heures de plus de 20 MPa, atteint 28 jours plus de 60 MPa. Lemploi des fumes desilice en association avec un superplastifiant a ga-lement nettement amlior la maniabilit du bton.

Les viaducs de Sylans

Le tablier de ces ouvrages, de conception originale,comporte quatre mes inclines triangules par desX prcontraints.

Ces X sont raliss sparment avant dtre mis enplace dans une cellule o sont couls les hourdisavec lesquels ils constituent lensemble dun vous-soir.

Pour respecter les cadences de production etpermettre une mise en tension prcoce, un BHP 65 MPa a t utilis.

La qualit du bton est galement la garantie de ladurabilit de ces ouvrages soumis des conditionshivernales rigoureuses.

s Le btiment

La Grande Arche

Le bton utilis pour couler la partie suprieure de laGrande Arche de La Dfense prsente des rsis-tances suprieures 65 MPa et un slump de 22 25

cm, le bton utilis a apport la fois la rsistanceexceptionnelle souhaite et louvrabilit rendueindispensable par un pompage sur une hauteur deplus de 100 m.

La Pacific Tower

La Pacific Tower La Dfense a t loccasiondune nouvelle avance des BHP dans le domainedu btiment.

Pour la premire fois en France, la structure vertica-le dune tour a t ralise avec un bton hautesperformances de classe B 60, mis en uvre indus-triellement sur le chantier.

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Grce ce choix technologique, les sections deslments porteurs ont pu tre substantiellementdiminues et permettre la fois un gain de surfaceutile, ainsi que des conomies dacier et du temps dedcoffrage. Par ailleurs, le choix du BHP a t faitdans le but de raliser un ouvrage qui rsiste mieuxaux agressions climatiques et atmosphriques pol-lues. Un plan qualit imposait une slection rigou-reuse des granulats en une seule trmie, ainsiquune vrification rgulire, tous les 150 m3, de la

rsistance fixe 72 MPa 28 jours, du BHP prle-v la sortie de la centrale.

Les Tours

C ur-Dfens eCe projet, conupar le cabinetJean-Paul Viguierest constitu dedeux tours finesdcales, de tren-te-neuf niveaux,arrondies leurs extrmits et de trois btimentsbas qui donnent de lampleur la faade sur lespla-nade. Lensemble reprsente 220 000 m2 debureaux. Le noyau central de chaque tour et lespoteaux de 1,10 m de diamtre ont t raliss enbton HP de type B 80.

La Tour PB6

Cette tour est unimmeuble usage debureaux de quarantetages soit 147 m dehauteur au-dessusdu niveau daccssitu sur le parvisde la Dfense, troisniveaux de parking en

sous sol, un niveautechnique et, deuxniveaux dinfrastruc-tures de 3,40 m.

Lemprise en plan dela tour est constituede deux ellipses de74,84 31,18 m.

Les efforts sont reprisdune part par unnoyau central de 31 14,10 m et, dautrepart, par seize

poteaux de faade et deux poteaux intrieurs.

Lusage dun bton BHP de type B 80 a permis delimiter le diamtre des poteaux les plus chargs 1,30 m.Matrise douvrage : PB 6 dveloppement assistant matriseduvre : Hines France Matrise duvre : Pe-Cobb-Freed &Partners architectes : Saubot ; Rouit et associs Entreprisegnrale : BATEG-VINCI

s Les ouvrages de gnie civil courants...

Le recours au BHP pour les ouvrages de gnie civilcourants nest pas encore trs frquent. Pourtantcertains matres douvrage sont convaincus de leurintrt technique et conomique. Des DDE se sontrsolument engages dans cette voie depuis plu-sieurs annes pour les ralisations douvragescomme les ponts de Saint-Andoche Autun, dedcharge de lArroux ou de la rocade Est de

Bourges. Ces ouvrages ont t raliss en B 60sans fumes de silice, avec des agrgats locaux etdans des conditions de mise en uvre tradition-nelles, ne requrant aucun quipement spcifique.

Lemploi des BHP dans le gnie civil courant sinscritdans une dmarche qualit ncessairement parta-ge par lensemble des partenaires et contribue faire progresser la connaissance du matriau btonainsi que sa mise en uvre.

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Pont de Saint-Andoche.

Pont de dcharge de lArroux.

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s ... et la prfabrication

Lemploi du BHP commence se dvelopper dans laralisation dlments fabriqus en usine.

Parmi les plus usuels, on peut citer les poutrellesprcontraintes pour plancher qui grce au BHP ontvu leur section diminue de 30 %, ainsi que lesdalles alvoles, pour planchers galement, quipour une paisseur nexcdant pas 25 cm permet-tent des portes de lordre de 15 mtres.

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Dalle alvole.