Le logiciel BétonlabPro 2Bases scientifiques -

Principes de fonctionnement

François de Larrard, Thierry Sedran

Robert Le Roy, Laetitia d ’Aloia

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

Plan de l’exposé

• Que fait-il, d’où vient-il?• Fondements scientifiques• Essais spécifiques:

– compacité– demande en eau– dosages de saturation

• Démonstration• Conclusion• Questions/Réponses

Que fait-il ?

• Logiciel de formulation de béton et matériaux à base de ciment

• Contient une base de données « Constituants »

• Simulation (« Laboratoire électronique »): composition => propriétés

• Optimisation: propriétés => composition

D’où vient-il ?• Prédécesseurs:

– Bétonlab (F. de Larrard, D. Fau, 1993-96); logiciel pédagogique d’aide à la formulation

– René-LCPC (T.Sedran, F. de Larrard, 1994-1999); logiciel d ’optimisation granulaire

• BétonlabPro (T. Sedran, F. de Larrard) = logiciel professionnel (version 1: 1999, version 2: Juin 2000)

• Incorpore environ une quinzaine d’années de recherche dans le réseau des LPC (dont 6 thèses de doctorat + 2 en cours)

Fondements scientifiquesGénéralités

• Le nœud du problème: prévision de la relation composition <=> propriétés

• Composition décrite par– paramètres des constituants– proportions du béton (formulation)

• Relations exprimées par des modèles mathématiques semi-empiriques calibrés sur de nombreux essais (originaux ou tirés de la littérature)

• Modèle de base: le Modèle d’Empilement

Compressible (MEC)

• Calcule la compacité d’un mélange sec à

partir de la compacité des classes, des

proportions et de l ’énergie de mise en place

2 2

2 2 2

2

2

2

23

3

222

2

2

1

Effet dedesserrement

Effet de paroi dugranulat

2

2

Effet de paroi duconteneur

Par

oi

• Principe de remplissage, avec prise en

compte de

– l ’effet de paroi (dû aux grains et aux parois

extérieures : coffrage, armatures)

– l ’effet de desserrement

Propriétés du béton frais

• Deux modes de déformation principaux: le serrage et le cisaillement

• Indice de serrage K’ calculé

K ' fa ib le K ' fo r t

Cisaillement: mesuréau rhéomètreBTRHEOM

Z

Y

X

h

R1

r

R2

R2

Comportement en cisaillement

µ

.

= F/S

= v/hv/S

Fv

hS

Paramètres de cisaillement

0 seuil de cisaillement (lié à l ’affaissement au cône): calculé en fonction des paramètres granulaires

• µ viscosité plastique (indiquée par la vitesse d ’affaissement): calculé à partir de la compacité du mélange rapportée à la compacité à sec

Air occlus

• Calculé à partir– de l ’affaissement au cône– de la teneur en sable– de la teneur en adjuvants

Ciment Sable Gravillon

Chaleur d ’hydratation

• Calcul de l ’élévation de température maximale du béton isolé thermiquement

• Rôle primordial du ciment (nature, dosage, e/c)

• Rôle non négligeable des pouzzolanes

Propriétés du béton durci :résistance en compression

• Modèle calibré sur plus de 500 résultats

• Influence du– ciment: classe du ciment, rapport e/c+v– granulat: concentration dans le béton,

adhérence (p), résistance propre (q)– additions minérales pouzzolaniques (cendres,

fumées de silice): coefficients d’activité Kp– filler calcaire: finesse– âge (de 1 à 365 jours)

Résistance en traction

• Calculée à partir– de la résistance en compression– d ’un paramètre dépendant du granulat

Déformabilité(module, retrait, fluage)

CELLULE ELEMENTAIRE MATERIAU

Matrice

Granulat

Matrice

• Propriétés calculées en fonction des paramètres suivants:– module du granulat

– résistance en compression

– volume du granulat

– compacité à sec du granulat

– contribution des pouzzolanes à la résistance (fluage et retrait endogène)

Et la durabilité ?

• Evaluée au travers des critères de la norme NF P 18-305:– dosage en liant équivalent minimum– rapport eau/liant équivalent

• Liant équivalent calculé en fonction des dosages en ciment, cendre volante, fumée de silice, filler et en fonction de la classe d ’environnement

Optimisation

• L’utilisateur donne un cahier des charges:– contraintes (prescriptions de formulation,

performances)– critère d’optimisation (coût, dosage etc.)

• L’ordinateur optimise (module d ’optimisation non-linéaire)

• L’utilisateur teste (puis éventuellement ajuste) la formule

0 24 6

810

1214

1618

2050

54

58

66.056.16.156.26.256.36.356.4

6.456.5

K

% Aggr. 3/total aggr.% Aggr.1/total

aggr.

Mélangeinitial

Mélangefinal

Essais spécifiques:1) Compacité des granulats

• Mode opératoire proposé

• Campagne d’essais en cours au LCPC pour proposition d’un mode opératoire normalisable

2) Demande en eau des poudres

• Méthode de mesure de la compacité des poudres (liants, fines du sable)

• Essai très simple (ne nécessite qu ’un malaxeur à mortier

3) Dosage de saturation d’un adjuvant sur une poudre

• Permet de définir une plage d’utilisation de l’adjuvant (plastifiant ou superplastifiant) - Mode opératoire AFREM (1996)

T

%

Démonstration

Conclusions

• Logiciel reposant sur une approche scientifique

• Modèles « transparents » (publiés) et validés

• Permet de réduire et de mieux cibler les essais

• Facilite les comparaisons entre sources de matériaux

Conclusions (suite)

• Vérification expérimentale des formulations toujours nécessaire

• L ’avenir:– Club de développeurs (interne): pour les

évolutions futures du logiciel– Club d’utilisateurs

Un club utilisateur pour BétonlabPro

Le but :

faciliter l ’utilisation du logiciel en proposant des contacts et rencontres périodiques des utilisateurs (mise en place en 2001)

Dans la pratique

• échanger les données d ’entrée du logiciel– compacité du ciment et saturation des adjuvants

– courbes granulométriques et compacité des granulats

– etc.• échanger des informations sur la précision des

prévisions grâce aux retours d ’expériences• fournir des informations sur les modèles pour une

utilisation plus éclairée

• Ouvrage de référence

• Fourni avec le logiciel

• Également disponible séparément (120 FF)

Formation à l ’utilisation de BétonlabPro 2.0

• Aide en ligne + documentation

• Des stages d ’une journée sont régulièrement organisés par l ’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées