BÉTON

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Formulation des bétons

Notion de cahier des charges

Il existe autant de bétons que d'applications. La formulation d'un béton consistera donc à optimiser le choix de ses ingrédients de manière à répondre au cahier des charges du béton considéré. Ce cahier des charges doit être établi à partir de la durée de projet et de la classe d'exposition auxquelles l'ouvrage, ou la partie d'ouvrage, construit sera soumis. Mais il comprendra aussi d'autres aspects relatifs au chantier comme l'ouvrabilité, la résistance au jeune âge du béton (qui permet des cycles de fabrication plus rapides) ou des aspects architecturaux (couleur du parement par exemple). Bien entendu, le cahier des charges doit aussi être conforme à la norme EN 206, particulièrement en ce qui concerne la durabilité. Enfin, sur certaines applications, le cahier des charges peut indiquer des spécifications particulières : par exemple, une valeur élevée du module d'élasticité pour des pièces très élancées, exposées à un risque d'instabilité élastique (flambement), ou une élévation de température à ne pas dépasser pour des structures très massives. Il faut toutefois faire attention aux incompatibilités possibles : par exemple, il est difficile d'exiger pour des raisons de mise en œuvre un maintien de l'ouvrabilité sur une longue période et une résistance au jeune âge élevée pour un cycle de fabrication rapide.

Principes de formulation

De manière simplifiée, on peut considérer qu'il y a trois étapes dans la formulation d'un béton :

– L'optimisation du squelette granulaire. Pour fabriquer un béton, on a tout intérêt à avoir le squelette granulaire le plus compact possible ne serait-ce que parce que les granulats coûtent bien moins cher que le ciment. Il existe diverses méthodes d'optimisation qui donnent les proportions de sable et de granulats pour formuler un béton. Si d est le diamètre des plus petits grains et D celui des plus grands, la compacité du mélange optimisé est proportionnelle à la racine cinquième de D/d. On a donc intérêt à avoir la plus grande étendue granulaire possible pour formuler un béton. Ainsi, pour des barrages, on fera des bétons cyclopéens (avec des cailloux allant jusqu'à D = 70 mm). Pour les applications classiques en béton armé, il faut que le béton puisse s'écouler entre les armatures lorsqu'il est coulé. D est donc souvent limité à 20 ou 25 mm. En revanche, on peut jouer sur la taille minimale, par exemple en ajoutant des fines ou des ultrafines comme les fumées de silice.

– L'optimisation de la qualité de la pâte : la formule empirique donnée par René Féret en 1898 permet d'ajuster le rapport E/C de façon à obtenir la résistance cherchée. De manière simplifiée, cette relation s'exprime par fc = K/(1 + 3,1 E/C)2, où fc est la résistance à la compression et K un coefficient dépendant des granulats et du ciment utilisés. Cette formule met clairement en évidence que plus le rapport E/C est bas, plus le béton sera résistant.

– L'optimisation de la quantité de pâte. Dans le béton, c'est la pâte qui apporte l'ouvrabilité. Si l'on met exactement la quantité de pâte de manière à remplir les vides de l'empilement granulaire, on obtient un béton très raide et très difficile à mettre en œuvre. On va donc ajuster la quantité de pâte de ciment de manière à desserrer le mélange granulaire jusqu'à obtenir l'ouvrabilité cherchée. Bien entendu, on pourra utiliser des adjuvants plastifiants et superplastifiants de manière à amplifier l'effet de la pâte sur l'ouvrabilité.

La gamme des bétons

Compte tenu de tous les constituants disponibles et de la diversité des applications, la gamme des bétons est maintenant très large. De manière simplifiée, on a :

– Le béton standard de bâtiment. C'est un béton de résistance 25 MPa, avec un dosage en ciment Portland composé (CEM II) de l'ordre de 300 à 350 kg/m3, et un plastifiant.

– Le béton standard d'ouvrage d'art. C'est un béton de résistance 35 MPa, avec un dosage en ciment Portland pur (CEM I) de l'ordre de 350 à 400 kg/m3, et un superplastifiant.

– Les bétons à haute et très haute performances (B.H.P., B.T.H.P.). Ce sont des bétons de résistance dépassant 60 MPa (B.H.P.) et 80 MPa (B.T.H.P.). On les obtient en diminuant le rapport E/C, avec un dosage en ciment supérieur à 400 kg/m3 et en utilisant des superplastifiants, et dans certains cas des fumées de silice. Ils sont appelés bétons à haute performance, car, au-delà de la résistance, d'au [...]

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Pour citer l’article

Jean-Michel TORRENTI, « BÉTON », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 29 juin 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/beton/