LE BTONExpriences 1. Essai d'lment sur table-Flow test (ISO 9812)Cet essai est particulirement adapt au bton tr fluide, fortement dos en superplastifiant. Le diamtre du plus gros granulat ne doit pas dpasser 40 mm.

Principe de l'essaiLa consistance est apprcie dans cet essai par l'talement que connat un cne de bton soumis son propre poids et une srie de secousses. Plus l'talement est grand et plus le bton est rput fluide.

Matriel ncessaire et principe de l'essaiLe matriel ncessaire est dcrit dans la norme ISO 9812 (norme exprimentale) et schmatis sur la figure 6.10.1. Il consiste en :

un plateau carr de 70 cm de ct permettant d'imprimer des secousses au bton qui sera moul dans son centre ;le plateau de bois est recouvert d'une feuille mtallique de 2 mm d'paisseur. Il est articul sur un de ses cts ; un moule tronconique de 20 cm de haut, de 20 cm de diamtre sa base et de 13 cm sa partie suprieure ; un pilon en bois de section carr 4 cm 4 cm.

Fig. 6.10.1 : Essai d'talement sur table

Conduite de l'essaiL'essai consiste remplir avec le bton tudi le moule tronconique plac au centre du plateau carr. Le bton est mis en place en 2 couches et compact par 10 coups au moyen du pilon. Aprs avoir aras le bton avec une truelle, le moule est retir verticalement. Le plateau est alors soulev de 4 cm par un ct (le ct oppos tant maintenu

par l'articulation) et relch en chute libre 15 fois de suite en 30 secondes. Si le bton forme une galette approximativement circulaire et sans sgrgation, l'essai est valable. La moyenne des mesures du diamtre de la galette dans deux directions parallles au ct du plateau dfinit la consistance mesure sur la table secousse. Elle est arrondie au cm le plus proche.

Classe d'talement sur tableLa norme ENV 206 dfinit 4 classes d'talement sur table :

2. Essai Vb (ISO 4110)Cet essai est particulirement utile pour tester les btons de faible ouvrabilit. La dimension maximale des granulats ne doit pas dpasser 40 mm.

Principe de lessaiDans cet essai, la consistance est dfinie par le temps que met un cne de bton remplir un volume connu sous leffet dune vibration donne. Plus ce temps est court et plus le bton sera considr comme fluide.

Matriel ncessaireLappareillage est entirement dcrit dans la norme ISO 4110. Il est constitu dun consistomtre schmatis sur la figure 6.8.1 et comportant les lments suivants:

un rcipient cylindrique de 24 cm de diamtre et de 20 cm de hauteur; un cne dAbrams; un disque horizontal transparent de 23 cm de diamtre; une table vibrante quipe dun vibrateur fonctionnant la frquence de 3000 vibrations par minute et confrant la table des mouvements dune amplitude verticale de 0.5mm environ; une tige de piquage.

Fig.6.8.1: Essai vb

Conduite de lessaiLe cne dAbrams est fix lintrieur du rcipient cylindrique (cf. figure 6.8.1). Le bton est mis en place dans ce cne. Le cne dAbrams est alors soulev et, ce stade de lessai, il est donc possible de mesurer laffaissement au cne comme indiqu prcdemment. Lessai se poursuit ensuite par la mise en vibration de la table durant un temps t tel que la face suprieure du bton soit entirement aplanie et au contact du disque transparent qui accompagne la descente du bton pendant le compactage.

Classe de consistance VbLe temps t exprim en secondes dfinit la consistance Vb . 5 classes de consistance Vb sont dfinies par la norme ENV 206 en fonction du temps t:

3. Essais de consistanceManiabilit des btons

Avant dtre un matriau prsentant les qualit mcaniques dun solide, le bton a t mis en place dans des coffrages. Cette opration doit pouvoir se faire avec le maximum de facilit. Dabord , pour raccourcir le temps de travail ncessaire la mise en place; ensuite, pour viter de dcouvrir au moment du coffrage , des dsordres difficilement rparables voire irrparables, consquences de la faible maniabilit du matriau. On dira quun bton est dautant plus maniable ( ou ouvrable ) quil est dautant plus ais mettre en place dans les coffrages.

Objectif des essais de consistanceLe problme est de quantifier cette maniabilit ( ou cette ouvrabilit ) qui est une qualit, volutive dans le temps, du bton avant prise. Cest le but des essais de consistance qui classent les btons suivant une chelle de fluidit croissante: ferme , plastique, fluide. Ces essais sont trs divers. Nous ne dcrirons ici que ceux qui sont les plus utiliss. Quatre des essais dcrits ci-dessous sont cits par la norme ENV 206 qui dfinit pour chacun deux des classes de consistance numrote de 0 ou 1 jusqu 4 ( du bton le plus ferme au plus fluide ). Les classes de consistance ne sont pas directement lies entre elles ( la classe S3 de lessai daffaissement nest pas forcment quivalente la classe V3 de lessai Vb ).

3.1 Essai daffaissement au cne dAbrams slump test (NF P 18-451)Cest lessai le plus couramment utilis car il est trs simple mettre en uvre. Il est utilisable tant que la dimension maximale des granulats ne dpasse pas 40 mm.

Principe de lessaiIl sagit de constater laffaissement dun cne de bton sous l effet de son propre poids. Plus cet affaissement sera grand et plus le bton sera rput fluide.

Matriel ncessaireLappareillage est compltement dcrit dans la norme NF P 18-451 et est schmatis sur la figure 6.7.1; il se compose de 4 lments:

un moule tronconique sans fond de 30 cm de haut, de 20 cm de diamtre en sa partie infrieure et de 10 cm de diamtre en sa partie suprieure; une plaque dappui une tige de piquage un portique de mesure.

Conduite de lessaiLa plaque dappui est lgrement humidifie et le moule lgrement huil y est fix. Le bton est introduit dans le moule en 3 couches dgales hauteurs qui seront mises en place au moyen de la tige de piquage actionne 25 fois par couche (la tige doit pntrer la couche immdiatement infrieure). Aprs avoir aras en roulant la tige de piquage sur le bord suprieure du moule, le dmoulage s'opre en soulevant le moule avec prcaution. Le bton ntant plus maintenu saffaisse plus ou moins suivant sa consistance. Celle-ci est caractrise par cet affaissement,

not A, mesur grce au portique et arrondi au centimtre le plus proche. La mesure doit tre effectue sur le point le plus haut du bton et dans la minute qui suit le dmoulage.

Fig. 6.7.1: Mesure de laffaissement au cne dAbrams

Classe daffaissementLa norme ENV 206 dfinit 4 classes de consistance, en fonction de laffaissement mesur. Elles sont indiques sur la figure 6.7.2. Sur cette figure, les rectangles blancs reprsentent la variation possible daffaissement correspondant la classe considre. Les classes sont notes S1, S2, S3,S4, et appele classes daffaissement. S rappelle ici l'initiale du nom de lessai en anglais: slump test. La norme NF P 18 305 dfinit les mmes classes daffaissement, mais les note F, P, TP et Fl ( Ferme, Plastique, Trs Plastique et Fluide ).

Fig. 6.7.2: Classes de consistance mesures au cne dAbrams

Limites dinformation de lessai daffaissementGrce aux superplastifiants, on peut raliser aujourdhui des btons trs fluides dont laffaissement au cne dpasse les 25 cm. Le cne ne permet pas de caractriser de manire satisfaisante de telles consistance. Dans ce cas, il serait prfrable dutiliser lessai dtalement sur table. Dautre part, laffaissement ne dit pas tout. Supposons deux btons dont la fluidit serait obtenue pour le premier par un dosage en eau important et pour le second par un dosage lev de superplastifiant . Ces deux btons peuvent prsenter un mme affaissement de 25 cm au cne comme reprsent sur la figure 6.7.3; mais le premier

prsentera une forte sgrgabilit, alors que le second, grce son faible dosage en eau, gardera sa cohsion tout en ayant une grande fluidit. On pourra dire de ce bton quil prsente une trs bonne maniabilit; ce qui ne sera pas le cas du premier qui ne pourra pas tre mis en place correctement.

Fig.6.7.3:Example dun mme affaissement ne signifiant pas la mme maniabilit Dune manire gnrale, il parat difficile dobtenir un affaissement suprieur de 15 cm avec des btons non adjuvants sans rencontrer des problmes de sgrgation. Dautre part, il nest pas possible dattribuer le mme comportement un bton non adjuvant prsentant un affaissement au cne de 10 cm et un bton trs dos en superplastifiant prsentant un affaissement quivalent. Le premier bton sera facile mettre en place, on dira quil est maniable, alors que le bton adjuvant sera trs visqueux et dun maniement difficile. Cest pourquoi, pour des btons trs fortement doss en superplastifiant, il parat souhaitable de travailler avec des affaissement au moins gaux 15 cm. De tout cela il ressort que la consistance mesure par lessai daffaissement au cne ne suffit pas pour caractriser la maniabilit dun bton et quil faut toujours prciser la manire dont cet affaissement a t obtenu: notamment le dosage superplastifiant.

4. Essai de compactage (ISO 4111)Dans cet essai, la dimension maximale des granulats ne doit pas dpasser 40 mm.

Principe de l'essaiLa consistance est apprcie ici par le rapport entre un volume donn de bton avant compactage et aprs compactage. Ce rapport est d'autant plus faible que le bton est plus fluide.

Matriel ncessaireIl est crit dans la norme ISO 4111. Il se compose

d'un rcipient paralllpipdique : 20 cm 20cm 40cm(cf. figure 6.9.1) d'une truelle rectangulaire. d'un moyen de compactage qui est une aiguille vibrante, de 40mm de diamtre maximal ou une table vibrante.

Fig.6.9.1: Mesure du degr de compactage

Conduite de l'essaiLa mode opratoire est dfinit par la norme ISO 4111. L'essai consiste remplir le rcipient de bton. Le remplissage s'effectue avec la truelle en laissant tomber le bton alternativement de chacun des quatre bords suprieurs du rcipient. Aprs avoir t aras, le bton est compact, soit au moyen de l'aiguille vibrante, soit au moyen de la table vibrante, jusqu' ce qu'on ne puisse plus dceler de diminution de volume. Soit s l'affaissement du bton dans le moule mesur aux quatre coins du rcipient. Le degr de compactibilit est exprim par le rapport :

Classe de compactageLa norme ENV 206 dfinit 4 classes de compactage en fonction du degr de compactibilit :

5. Rsistance5.1 Confection des prouvettesDimension des moules (NFP 18-400)Les rsistances sont mesures sur des prouvettes cylindriques ou prismatiques dont les moules ont des caractristiques dfinies par la norme NFP 18-400 pour laquelle les moules plus frquemment utiliss sont les moules cylindriques. Leurs dimensions sont indiques ci-dessous ; elles doivent tre choisies en fonction du diamtre maximal des granulats (D) entrant dans la composition du bton.

Tableau 6.5.1: Le format et la dimension des

moules Mise en place et conservation du bton pour les essais d'tude, de convenance ou de contrle (NF P 18-404) La mise en place dans les moules a lieu par vibration ou par piquage, en fonction des rsultats de l'essai d'affaissement et conformment aux normes NF P 18-421, 422, 423. Les moules ayant t munis d'un dispositif s'opposant l'vaporation, les prouvettes doivent tre conserves sans tre dplaces pendant 24 h 1 h dans un local maintenu 20c 2c. Aprs dmoulage, les prouvettes doivent tre conserves mme temprature, dans l'eau ou dans une chambre humide (d'humidit relative suprieure ou gale 95 %).

Essai d'information (NF P 18-405)Le bton mis en place dans un ouvrage subit un autre mode de conservation que celui des prouvettes conserves dans la chambre humide. La temprature et l'humidit relative de l'air sont gnralement diffrentes. Les caractristiques du bton d'ouvrage ne seront donc pas les mmes que celles des prouvettes ralises lors des essais d'tude, de convenance ou de contrle. Les essais d'information ont pour but d'valuer les caractristiques du bton utilis pour la confection des lments d'un ouvrage. Le prlvement de l'chantillon de bton et sa conservation sont dcrits par la norme NF P 18-405. Le principe consiste raliser des prouvettes en approchant au plus prs les conditions de mise en place dans l'ouvrage. La conservation doit reproduire galement les conditions de conservation de l'ouvrage : mme date de dmoulage, mme exposition au vent, la pluie ou au soleil, etc. Les prouvettes peuvent galement tre obtenues par carottage du bton durci : il s'agit de prlever sur l'ouvrage lui-mme, avec un outil adapt (le carottier), un chantillon de bton ayant la forme d'une prouvette (la carotte). Le transport au laboratoire doit tre effectu la veille du jour de l'essai.

5.2 Essais de compression (NF P 18-406)Objectif de l'essaiL'essai a pour but de connatre la rsistance la compression du bton, qui peut tre mesure en laboratoire sur des prouvettes.

Principe de l'essai

Les prouvettes tudies sont soumises une charge croissante jusqu' la rupture. La rsistance la compression est le rapport entre la charge de rupture et la section transversale de l'prouvette.

Equipement ncessaire

Une machine d'essai qui est une presse de force et de dimension appropries l' prouvette tester et rpondant aux prescriptions des norme NF P 18-411 et NF P 18-412. Un moyen pour rectifier les extrmits des prouvettes : surfaage au soufre, ou disque diamant.

Rectification des extrmits des prouvettesConformment la norme NF P 18-406, l'essai de compression est effectu sur des prouvettes cylindriques dont les extrmits ont t pralablement rectifies. En effet, si les prouvettes taient places telles quelles sur les plateaux de la presse, on ne serait pas assur de la planit des surfaces au contact et de leur perpendicularit aux gnratrices de l'prouvette. La rectification consiste donc rendre ces surfaces planes et perpendiculaires aux gnratrices de l'prouvette. Pour parvenir ce rsultat deux mthodes peuvent tre employes : le surfaage au soufre et la rectification par usinage des extrmits. Le surfaage au soufre est dcrit dans la norme NF P 18-416. Il consiste munir chaque extrmit de l'prouvette d'une galette base de soufre respectant les deux exigences : planit et perpendicularit aux gnratrices. La planit est assure de la faon suivante : le mlange soufre, port une temprature de 125C 5C, est liqufi et vers sur une platine dont le fond a t rectifi (figure 6.5.1). La perpendicularit est obtenue grce un dispositif de guidage qui maintient les gnratrices de l'prouvette perpendiculaires au fond rectifi du moule.

Fig. 6.5.1: Principe du surfaage au soufre L'prouvette maintenue par le dispositif de guidage est descendue sur le soufre liqufi. Quand, aprs refroidissement, le soufre s'est solidifi, l'prouvette ( laquelle adhre alors la galette de soufre) est dsolidarise de la platine et il a procd au surfaage de la deuxime extrmit. Pour les prouvettes dont la rsistance la compression ne dpasse pas 50Mpa, le surfaage peut se faire avec un mlange de 60% (en masse) de fleur de soufre et 40% de sable fin de granularit infrieure 0,5mm. Au-del, et jusqu' 80 Mpa, il faudra utiliser un mlange soufr spcialement conu pour les Btons Hautes Performances.

Pour des btons dont la rsistance est suprieure, la rectification exigera des moyens matriels plus important : une rectifieuse quipe d'une meule diamante. L'prouvette est alors usine de manire rendre les extrmits parfaitement perpendiculaires aux gnratrices.

conduite de l'essai de ruptureL'prouvette, une fois rectifie, doit tre centre sur la presse d'essai avec une erreur infrieure 1% de son diamtre. Pour des prouvettes 1122 ou 1632, cela signifie une prcision millimtrique qui ne pourra pas tre obtenue sans l'emploi d'un gabarit de centrage prenant appui sur l'prouvette (et non sur le produit de surfaage), comme indiqu sur la figure 6.5.2.

Fig 6.5.2: Example de dispositif de centrage de l'prouvette sur la presse La mise en charge doit tre effectue raison de 0,5 Mpa/s avec une tolrance de 0,2 MPa/s. Pour des prouvettes 1112 cela signifie une monte en charge de 5KN/s2KN/s et pour des prouvettes 16 32 de 10 KN/s 4 KN/s. La charge de rupture, P, est la charge maximale enregistre au cours de l'essai. Soit S la section orthogonale de l'prouvette ; la rsistance, Fc, est exprime en Mpa 0,5Mpa prs et a pour expression :

Dans la relation ci-dessus Fc est directement obtenue en Mpa si P est exprime en mganewton (MN) et S en m2

particularits de la rupture en compressionPour des rsistances suprieures 60Mpa, et suivant la presse utilise, la rupture peut tre brutale et il est bon d'quiper la presse d'un systme de protection pour se protger des clats ventuels. En gnral l'prouvette rompt de la manire indique sur la figure 6.5.3

Dans ce type de rupture, deux cnes apparaissent aux extrmits de l'prouvette rompue. En effet, la pression exerce par les plateaux de la presse la jonction avec l'prouvette gne les dformations transversales dans cette zone. Dans la partie centrale, la formation transversale est libre ; elle rsulte des contraintes de traction (symbolises par les flches notes t sur la figure 6.5.3 a) perpendiculaires la compression (et la fissuration). Ce sont ces contraintes de traction qui aboutissent dans la zone centrale la fissuration longitudinale de l'prouvette, puis sa ruine. Les zones extrmes, protges par le frettage cr par les plateaux, ne sont pas dtruites (figure 6.5.3 b).

Fig. 6.5.3: Mode de rupture des prouvettes cylindriques en compression Le frettage peut tre limit en graissant les zones de jonction plateaux/prouvettes ou en y interposant des appuis en tflon. La rupture est alors du type de celle indique sur la figure 6.5.3 c. Elle se produit pour une charge (P3) habituellement plus faible que celle obtenue dans le cas gnral (P2) : en protgeant ses extrmits de l'clatement, le frettage permet l'prouvette d'encaisser des chargements lgrement plus importants.

6. Mesure la rsistance la traction (NF P 18-408)Objectif de l'essaiLe but de l'essai est de connatre la resistance la traction du beton de l'prouvette cylindrique.

Principe de l'essaiOn procde gnralement par essai de fendage sur prouvette cylindrique conformement la norme NF P 18-408. Dans cet essai, on applique l'prouvette un effort de compression induit des contraintes de traction dans le plan passant par ces deux gnratrices. La rupture, due ces contraintes de traction, se produit dans ce plan (figure 6.6.1). Le calcul permet de dfinir la contrainte de traction correspondant cette rupture.

Equipement ncessaire- Une presse de force approprie conforme aux normes NF P 18-411 et NF P 18- 412. - Des bandes de chargement en contreplaqu neuf ayant une section dont les dimensions sont indiques sur la figure 6.6.1 et une longueur au moins gale celle de lprouvette.

- Des moules cylindriques, pour la confection des prouvettes, qui ne doivent pas tre en carton car de tels moules ne garantissent pas avec suffisamment de prcision la rectitude des gnratrices.

Fig. 6.6.1: Dispositif pour l'essai de rupture par fondage.

Conduite de lessaiLprouvette est place entre les deux plateaux de la presse comme indiqu sur la figure 6.6.1, le contact entre les plateaux et lprouvette se faisant par lintermdiaire des deux bandes de contreplaqu. Le centrage de lprouvette doit se faire 0.5mm prs laide dun gabarit de centrage. La vitesse de chargement doit tre constante pendant toute la dure de lessai et gale 1,94 kN/s0,39kN/s pour les cylindres 1122 et 4,01 kN/s0,80 kN/s pour les cylindres 1632 (ce qui correspond un accroissement de la contrainte de traction de 0,05MPa/s avec une tolrance de +20%). Si h est la hauteur de lprouvette, d son diamtre et P la charge applique, la contrainte de rupture vaut :

Dans la relation ci-dessus ft est directement obtenue en MPa si P est exprime en mga newtons (MN) et d et h en mtres (m). Cette contrainte doit tre exprime 0,1 MPa prs.