ciment

CIM7, place de la Défense • 92974 Paris-la-Défense Cedex • Tél. : 01 55 23 01 00 • Fax : 01 55 23 01 10

CENTRE D’INFORMATION SUR LE CIMENT ET SES APPLICATIONS

E-mail : [email protected] • internet : www.cimbeton.asso.fr

Le ciment et ses applications

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CIMCENTRE D’INFORMATION SUR LE CIMENT ET SES APPLICATIONS

2001Nouvelle édition

G10

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COLLECTION

TECHNIQUE

C I M B É T O N

FICHES TECHNIQUES

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CIM

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I. LES CIMENTS 5

1.1 Les ciments : fabrication – propriétés 71.2 La normalisation du ciment 131.3 Caractéristiques et emplois des ciments 21

II. LES CHAUX 27

2.1 Les chaux hydrauliques naturelles 29

III. LES CONSTITUANTS DES MORTIERS ET BÉTONS 33

3.1 Les granulats 353.2 Les adjuvants 41 3.3 Les fibres 47

IV. LES MORTIERS ET COULIS 51

4.1 Les mortiers et coulis – généralités 534.2 Les enduits 574.3 Les chapes 634.4 Les scellements et les calages 674.5 Les mortiers et coulis de réparation 71

V. LE MATÉRIAU BÉTON 75

5.1 Le béton : connaissance du matériau 775.2 Domaines d’emploi et fonctions du béton 855.3 Composition des bétons courants 915.4 Le béton prêt à l’emploi – BPE 995.5 Les bétons spéciaux 1055.6 Les bétons hautes performances – BHP 1115.7 Les bétons fibrés ultraperformants – BFUP 117

VI. DURABILITÉ DU BÉTON 123

6.1 Définitions et facteurs influents 1256.2 La tenue au gel 129

VII. FABRICATION, TRANSPORT ET MISE EN ŒUVRE DES BÉTONS SUR CHANTIER 133

7.1 Les bétons : fabrication et transport 1357.2 Mise en œuvre du béton sur chantier 1397.3 Le bétonnage 145

• par temps chaud• par temps froid

7.4 Les coffrages de chantier 1517.5 La vibration du béton sur chantier 1557.6 Les bétons autoplaçants – BAP 159

VIII. APPLICATIONS DES BÉTONS 163

8.1 Le béton armé 1658.2 Le béton précontraint 1778.3 Les bétons apparents 1858.4 Les produits en béton fabriqués en usine 1938.5 Les murs coupe-feu en béton 1998.6 Le béton dans les sols extérieurs et intérieurs 2058.7 Le béton dans les routes 2118.8 Les traitements de sols au ciment 219

et à la chaux8.9 Les ponts en béton 223

IX. LES RÉPONSES DU BÉTON AUX EXIGENCES DE SÉCURITÉ, DE CONFORT ET D’ENVIRONNEMENT 231

9.1 La thermique 2339.2 L’acoustique 2399.3 Sécurité en cas d’incendie 245

SOMMAIRE

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CONSEIL

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PARTIE 1

LES CIMENTS

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Cette fiche technique s’applique essentiellement auciment Portland, notamment pour la fabrication.

Il existe d’autres ciments élaborés suivant d’autresprocédés, pour lesquels on trouvera des informa-tions complémentaires aux chapitres 1.2 et 1.3.

Un peu d’histoire

Les Romains furent sans doute les premiers à fabri-quer des liants hydrauliques susceptibles de durcirsous l’eau. Pour cela, ils mélangeaient de la chaux etdes cendres volcaniques de la région de Pouzzoles.C’est de là qu’est venu le terme bien connu de« pouzzolanique », qui se dit d’un matériau capable,en présence d’eau, de fixer la chaux.En revanche, cette propriété d’hydraulicité du mélan-ge ainsi constitué est restée totalement inexpliquéejusqu’aux travaux de Louis Vicat qui élabore en 1817la théorie de l’hydraulicité et fait connaître le résultatde ses recherches.

Il donne des indications précises sur les proportionsde calcaire et de silice nécessaires pour constituer lemélange qui, après cuisson à la température conve-nable et broyage, sera un véritable liant hydrauliquefabriqué industriellement : le ciment artificiel.L’industrie du ciment était née.Quelques années plus tard, en 1824, l’ÉcossaisAspdin donnait le nom de Portland au ciment qu’ilfabriquait et qui égalait la pierre de cette région.

■ Naissance d’une industrie cimentière

La première usine de ciment a été créée par Dupontet Demarle en 1846 à Boulogne-sur-Mer.Le développement n’a pu se faire que grâce à l’ap-parition de matériels nouveaux : four rotatif, etbroyeur à boulets en particulier.Les procédés de fabrication se perfectionnèrentsans cesse. Pour produire une tonne de clinker,constituant de base du ciment, il fallait en 1870, 40 heures, il faut actuellement environ 3 minutes.

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1.1 Les ciments :fabrication – propriétés

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La production était faible en France, avant la derniè-re guerre, comme l’indiquent les statistiques sui-vantes :– en 1880 : 100 000 tonnes ;– en 1920 : 800 000 tonnes ;– en 1938 : 3 800 000 tonnes.Le ciment s’est surtout développé à partir de 1950(7,4 Mt) du fait de l’essor du béton et des besoins dela reconstruction.La production a progressé de façon régulière jus-qu’en 1974, où le niveau le plus haut a été atteintavec 33,5 Mt.En 2000, elle était de 20 Mt.

La fabrication des ciments courants

Le constituant principal des ciments est le clinker,qui est obtenu à partir de la cuisson d’un mélangeapproprié de calcaire et d’argile, en proportionmoyenne 80 % / 20 %.Les différentes étapes de la fabrication sont les sui-vantes.

■ Extraction et concassage

Les matières premières sont extraites de carrièresgénéralement à ciel ouvert. Les blocs obtenus sontréduits, dans des concasseurs situés généralementsur les lieux mêmes de l’extraction, en élémentsd’une dimension maximale de 50 mm.

■ Préparation de la matière première

Les grains de calcaire et d’argile sont intimementmélangés par broyage ou délayage, dans des pro-portions définies, en un mélange très fin, le « cru ».A cette occasion, des corrections de compositionpeuvent être effectuées en incorporant en faible pro-portion, bauxite, oxyde de fer...Le mélange cru est préparé automatiquement sousforme de granules (voie sèche ou semi-sèche) ou depâte (voie semi-humide ou humide), en fonction dela technique de fabrication utilisée.

■ La voie sèche

C’est de très loin la plus employée aujourd’hui. Lamatière première est préparée sous forme depoudre. La préhomogénéisation permet d’atteindreun dosage parfait des deux constituants essentielsdu ciment par superposition de multiples couches.Une station d’échantillonnage analyse régulièrementles constituants et le mélange pour en garantir larégularité.A la sortie du hall de préhomogénéisation, le mélan-ge est très finement broyé dans des broyeurssécheurs, qui éliminent l’humidité résiduelle et per-mettent d’obtenir une poudre qui présente la finesserequise ; cette poudre, le « cru », est une nouvellefois homogénéisée par fluidisation.

■ Autres techniques de préparation de lamatière

D’autres techniques, moins employées aujourd’hui,consistent à agglomérer la matière sous forme degranules (voie semi-sèche) ou à la transformer enune pâte fluide (voie semi-humide ou humide).

■ Cuisson du cru

Quelle que soit la technique de fabrication utiliséepour élaborer le cru, les installations de cuisson sontsimilaires et comportent deux parties.• Un échangeur de chaleur comportant une série dequatre à cinq cyclones dans lesquels la poudredéversée à la partie supérieure progresse jusqu’àl’entrée du four. Elle se réchauffe au contact des gazchauds en sortant de ce four, et se décarbonate enpartie.Une décarbonatation plus complète peut être obte-nue par l’ajout d’un foyer complémentaire situé dansle cyclone inférieur (précalcination). La poudre estainsi portée à une température d’environ 800 °C à 1 000 °C.• Un four horizontal rotatif cylindrique en tôle d’acier(avec revêtement réfractaire intérieur) de 60 à 90 mde long, de 4 à 5 m de diamètre, légèrement inclinéet tournant de 1 à 3 tours/minute. La matière pénètreà l’amont du four où s’achève la décarbonatation, etprogresse jusqu’à la zone de clinkerisation (environ1 450 °C). Le temps de parcours est de l’ordre de 1 heure.Sous l’effet de la chaleur, les constituants de l’argile,principalement composée de silicates d’alumine etd’oxydes de fer, se combinent à la chaux provenantdu calcaire pour donner des silicates et des alumi-nates de calcium.Tout en améliorant la qualité des produits, les indus-triels ont fortement réduit au cours des dernièresannées la consommation d’énergie nécessaire à lacuisson, qui est de plus en plus apportée par descombustibles de substitution. En outre l’industriecimentière contribue à la protection de l’environne-ment grâce au recyclage de produits industriels usa-gés inutilisables pour d’autres emplois.

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Schéma de fabrication du ciment (voie sèche).

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Les rejets des usines, sensiblement inférieurs auxnormes, sont inférieurs à 50 mg/m3.

■ Broyage du clinker

A la fin de la cuisson, la matière brusquement refroi-die se présente sous forme de granules qui consti-tuent le clinker.Celui-ci finement broyé avec du gypse (< 5 %) pourrégulariser la prise donne le ciment Portland. Lesautres catégories de ciment sont obtenues en ajou-tant d’autres constituants tels que laitier granulé dehaut fourneau, matériaux pouzzolaniques, cendresvolantes, schistes calcinés, calcaire, fumées de sili-ce, fillers.

L’utilisation du ciment prise et durcissement

Les réactions qui se passent dès le début du gâcha-ge et se poursuivent dans le temps sont extrême-ment complexes.Le ciment Portland contient quatre constituants prin-cipaux : le silicate tricalcique 3 CaO, SiO2 ou, parabréviation, C3S ; le silicate bicalcique 2 CaO, SiO2ou, par abréviation, C2S ; l’aluminate tricalcique3 CaO, Al2 O3 ou, par abréviation, C3A ; l’alumino-ferrite tétracalcique 4 CaO, Al2 O3, Fe2 O3 ou, parabréviation, C4 AF.Ces constituants anhydres donnent en présenced’eau, naissance à des silicates, des aluminates decalcium hydratés et de la chaux hydratée ditePortlandite formant un gel micro-cristallin, à l’originedu phénomène dit de « prise ».C’est le développement et la multiplication de cesmicro-cristaux dans le temps qui expliquent l’aug-mentation des résistances mécaniques. Le cimentdurci est une véritable « roche artificielle » qui évo-lue dans le temps et en fonction des conditions exté-rieures.Avant d’atteindre son stade final, l’évolution duciment passe par trois phases successives.

■ Phase dormante

La pâte de ciment – ciment + eau – reste en appa-rence inchangée pendant un certain temps (dequelques minutes à plusieurs heures suivant la natu-re du ciment). En fait, dès le malaxage, les premièresréactions se produisent, mais sont ralenties par laprésence du gypse.

■ Début et fin de prise

Après une à deux heures pour la plupart desciments, on observe une augmentation brusque dela viscosité : c’est le début de prise, qui est accom-pagné d’un dégagement de chaleur. La fin de prisecorrespond au moment où la pâte cesse d’être défor-mable et se transforme en un matériau rigide.

■ Durcissement

On a l’habitude de considérer le durcissementcomme la période qui suit la prise et pendant laquelle l’hydratation du ciment se poursuit. La résis-tance mécanique continue à croître très longtemps,mais la résistance à 28 jours est la valeur conven-tionnelle.

Les grandeurs caractéristiques

Le ciment se caractérise par un certain nombre decritères mesurés de façon conventionnelle, soit surla poudre, soit sur pâte, soit sur « mortier normal »(mélange normalisé de ciment, sable et eau définipar la norme NF EN 196-1).

■ Caractéristiques de la poudre

La surface spécifique (finesse Blaine)

Elle permet de mesurer la finesse de mouture d’unciment. Elle est caractérisée par la surface spéci-fique ou surface développée totale de tous les grainscontenus dans un gramme de ciment (norme NF EN196-6). Elle s’exprime en cm2/g. Suivant le type deciment, cette valeur est généralement compriseentre 2 800 et 5 000 cm2/g.

La masse volumique apparente

Elle représente la masse de la poudre par unité devolume (vides entres les éléments inclus).Elle est de l’ordre de 1 000 kg/m3 (1 kg par litre) enmoyenne pour un ciment.

La masse volumique absolue

Elle représente la masse de la poudre par unité devolume (vides entre les éléments exclus).Elle varie de 2 900 à 3 150 kg/m3 suivant le type deciment.

■ Caractéristiques mesurées sur pâte ou sur « mortier normal »

Le début de prise

Il est déterminé par l’instant où l’aiguille de Vicat –aiguille de 1 mm2 de section pesant 300 g – ne s’en-fonce plus jusqu’au fond d’une pastille de pâte purede ciment. Les modalités de l’essai font l’objet de lanorme NF EN 196-3.

Suivant les types de ciment, le temps de début deprise doit être supérieur à 45 minutes ou à 1 heure.

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L’expansionElle se mesure suivant un procédé normalisé par la norme NF EN 196-3 et grâce aux aiguilles de Le Chatelier. Il permet de s’assurer de la stabilité duciment. L’expansion ne doit pas être supérieure à 10 mm sur pâte pure pour tous les ciments (NF EN 197-1).

Le retrait

La mesure du gonflement dans l’eau et du retraitdans l’air est effectuée sur prisme de 4 x 4 x 16 cmsur « mortier normal » (norme NF P 15-433). Leretrait est limité à 0,8 mm/m ou à 1 mm/m suivant letype de ciment.

Les résistances mécaniques

Mesurées sur éprouvettes de mortier normal, ellescaractérisent de façon conventionnelle la résistancedu ciment définie par sa valeur nominale. Cettevaleur est la limite inférieure de résistance en com-pression à 28 jours.Les conditions précises de détermination de cetterésistance sont fournies chapitre 1.2.

Le progrès grâce à la recherche

La recherche a pour but l’élaboration de cimentsappropriés aux besoins, et permettant de satisfairela demande des utilisateurs.Elle porte sur les produits normalisés dont l’évolu-tion, servie par les procédés de fabricationmodernes, va dans le sens de la qualité, de la régu-larité, de l’adaptation à la fonction, mais égalementde l’économie d’énergie, lors de la fabrication.La recherche est également orientée vers la mise aupoint de liants spéciaux destinés à des applicationsparticulières : préfabrication, travaux routiers, répa-rations...

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La recherche sur les ciments est servie par un appareillage très moderne.

Observation au microscope optique.

Préparation automatique des échantillons de cru sousforme de perles pour analyse par fluorescence X.www.allislam.net

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Les différentes phases de fabrication du ciment,

de la carrière au stockage du clinker.

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LES USINES(au 01/01/2000)

FrangeyLAFARGE CIMENTS

CréchyVICAT

ChambéryVICAT

MontalieuVICAT

La PérelleVICAT

Saint-Egrève-VoreppeVICAT

Port-la-NouvelleLAFARGE CIMENTS

BeaucaireCIMENTS CALCIA

Le Havre-Saint-VigorLAFARGE CIMENTS

DunkerqueLAFARGE ALUMINATESLumbresORIGNY

Pont-à-VendinVICAT

XeuilleyVICAT

HémingORIGNY

Le TeilLAFARGE ALUMINATES

GargenvilleCIMENTS CALCIA

Usines

BrestLAFARGE CIMENTS

Saint-Pierre-la-CourLAFARGE CIMENTS

RanvilleCIMENTS CALCIA Couvrot

CIMENTS CALCIA

EbangeORIGNY Rombas

CIMENTS CALCIA

AltkirchORIGNY

Rochefort-sur-NénonORIGNY

BeffesCIMENTS CALCIA

Villiers-au-BoinCIMENTS CALCIA

AirvaultCIMENTS CALCIA

La CouronneLAFARGE CIMENTS

BussacCIMENTS CALCIA

MartresLAFARGE CIMENTS

SèteLAFARGE CIMENTS

La Grave-de-PeilleVICAT

Contes-les-PinsLAFARGE CIMENTS

La MalleLAFARGE CIMENTS

Val-d'AzerguesLAFARGE CIMENTS

DannesORIGNY

Fos-sur-MerLAFARGE ALUMINATES

BoucauCIMENTS DE L'ADOUR

LES USINES(au 01/01/2000)

ALLIER • Créchy / VicatALPES-MARITIMES • Contes-les-Pins / Lafarge Ciments• La Grave-de-Peille / VicatARDECHE • Cruas / Ciments Calcia• Lafarge / Le Teil / Lafarge Ciments• Le Teil / Lafarge AluminatesAUDE • Port-la-Nouvelle / Lafarge CimentsBOUCHES-DU-RHÔNE • Fos-sur-Mer / Lafarge Aluminates• La Malle / Lafarge CimentsCALVADOS • Ranville / Ciments CalciaCHARENTE • La Couronne / Lafarge CimentsCHARENTE-MARITIME • Bussac / Ciments CalciaCHER • Beffes / Ciments CalciaFINISTERE • Brest / Lafarge CimentsGARD • Beaucaire / Ciments CalciaHAUTE-GARONNE • Martres / Lafarge CimentsHERAULT • Séte / Lafarge CimentsINDRE-ET-LOIRE • Villers-au-Bouin / Ciments CalciaISERE • La Pérelle / Vicat• Montalieu / Vicat• Saint-Egrève-Voreppe / Vicat

JURA • Rochefort-sur-Nénon / OrignyMARNE • Couvrot / Ciments CalciaMAYENNE • Saint-Pierre-la-Cour / Lafarge CimentsMEURTHE-ET-MOSELLE • Xeuilley / VicatMOSELLE • Ebange / Origny• Héming / Origny• Rombas / Ciments CalciaNORD • Dunkerque / Lafarge AluminatesPAS-DE-CALAIS • Dannes / Origny• Lumbres / Origny• Pont-à-Vendin / VicatPYRENEES-ATLANTIQUES • Boucau / Ciments de l’AdourHAUT-RHIN • Altkirch / OrignyRHÔNE • Val-d’Azergues / Lafarge CimentsSAVOIE • Chambéry / VicatSEINE-MARITIME • Le Havre-Saint-Vigor / Lafarge CimentsDEUX-SEVRES • Airvault / Ciments CalciaYONNE • Frangey / Lafarge CimentsYVELINES • Gargenville / Ciments Calcia

CruasCIMENTS CALCIA

Lafarge/Le TeilLAFARGE CIMENTS

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CONSEIL

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CONSEIL

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Historique de la normalisationeuropéenne

Les travaux de normalisation européenne dansle domaine des ciments ont débuté en 1969, defaçon totalement volontaire, entre les six pays signa-taires du traité de Rome. A partir de 1973, les tra-vaux ont été poursuivis dans le cadre du CEN, ausein du comité technique 51 Ciment et chaux deconstruction. L’objectif des travaux était double : éla-borer des normes d’essais communes pour tous lespays membres, et rédiger des normes de spécifica-tions de produits.

Les normes d’essais ont été adoptées en 1987 et1989. Dès 1990, les performances de tous lesciments ont donc été évaluées de la même façondans tous les pays membres du CEN ce qui a consti-tué un pas décisif pour la simplification deséchanges transfrontaliers.

L’adoption en 1989 de la Directive UE qui a fixé lesrègles permettant la mise sur le marché des produitsde construction, a entraîné le rejet d’un projet denorme de spécifications qui ne s’appliquait pas àtous les ciments traditionnels et éprouvés.

Le CEN/TC 51 a ensuite repris ses travaux et inclustous les ciments dans le texte qui a été adoptécomme pré-norme ENV 197-1 en 1992. Cette pré-norme avait pour but de consacrer un certain niveaude consensus permettant de faire évoluer lesnormes nationales pour les rapprocher et de pour-suivre les travaux en ne considérant que les dernierspoints de divergence

A partir de cette prénorme européenne, de nom-breux pays ont donc révisé leurs normes nationalespour reprendre très largement, voire totalement, lesdispositions de la prénorme européenne ENV 197-1.C’est ainsi que la France adopta en 1994 la normeNF P 15-301 relative aux ciments courants quiconservait cependant le niveau d’exigences de lanorme précédente de 1981.

La même démarche, effectuée simultanément dansles différents pays de l’UE, a permis d’accomplir l’es-sentiel du chemin vers une norme européenne. Ledernier pas a été franchi avec l’adoption le 21 mai2000 du projet de norme EN 197-1 à l’unanimité despays membres du CEN.

La norme EN 197-1 est la première norme har-monisée adoptée dans le cadre défini par la directi-ve européenne « Produits de Construction ».

A partir du 1er avril 2001, les états membresdevront accepter que soient mis sur le marché lesciments courants conformes à la norme EN 197-1portant le marquage CE sur les sacs, ou sur lesdocuments d’accompagnement pour le vrac.

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1.2 La normalisationdu ciment

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La norme européenne EN 197-1 est publiée parl’AFNOR sous la référence NF EN 197-1 « Ciment –partie 1 : Composition, spécifications et critères deconformité des ciments courants ».Les ciments courants sont subdivisés en 5 typesselon leur composition :CEM I Ciment PortlandCEM II Ciment Portland composéCEM III Ciment de Haut FourneauCEM IV Ciment pouzzolaniqueCEM V Ciment composé

Les ciments de la norme NF EN 197-1(ciments courants)

La norme NF EN 197-1 concerne les ciments lesplus courants. D’autres normes existent concernantsoit des propriétés particulières (prise mer, résistan-ce aux eaux sulfatées...) soit des ciments ayant desnormes entièrement spécifiques : ciment alumineuxfondu, ciment prompt naturel.La norme NF EN 197-1 est subdivisée en troisrubriques :• une première partie descriptive qui définit lesconstituants du ciment et délimite les différents typesde ciments ;• une deuxième partie qui fixe les classes de résis-tance, les spécifications mécaniques et physico-chi-miques ;• une troisième partie est consacrée aux critères deconformité, les procédures de leur vérification et lesseuils de garantie.

■ Définition du ciment

Le ciment est un liant hydraulique, c’est-à-dire unematière inorganique finement moulue qui, gâchéeavec de l’eau, forme une pâte qui fait prise et durcitpar suite de réactions et processus d’hydratation etqui, après durcissement, conserve sa résistance etsa stabilité même sous l’eau.Le ciment est obtenu à partir d’un ou plusieurs desconstituants définis ci-après.

■ Les constituants du ciment

Ils présentent l’une ou plusieurs des propriétés sui-vantes :• des propriétés hydrauliques, c’est-à-dire qu’ils for-ment par réaction avec l’eau des composés hydratésstables très peu solubles dans l’eau ;• des propriétés pouzzolaniques, c’est-à-dire qu’ilsont la faculté de former à température ordinaire, enprésence d’eau, par combinaison avec la chaux, descomposés hydratés, stables ;• des propriétés physiques qui améliorent certainesqualités du ciment (accroissement de la maniabilitéet de la compacité, diminution du ressuage...).

Clinker Portland (K)

Le clinker Portland est obtenu par cuisson, au moinsjusqu’à fusion partielle, d’un mélange fixé avec pré-cision de matières premières (farine crue, pâte oususpension) contenant du CaO, SiO2, Al2O3 appor-tés par les calcaires et argiles de roches soigneuse-ment sélectionnées. Ce constituant entre dans lacomposition de tous les ciments.

Laitier granulé de haut fourneau (S)

Le laitier granulé de haut fourneau est obtenu parrefroidissement rapide de la scorie fondue de com-position convenable provenant de la fusion du mine-rai de fer dans un haut fourneau.Le laitier granulé de haut fourneau doit présenter despropriétés hydrauliques latentes (c’est-à-dire qui semanifestent lorsqu’il a subi une activation conve-nable) pour convenir à son emploi en cimenterie.

Pouzzolanes naturelles (Z) ou naturelles calcinées (Q)

Les pouzzolanes naturelles sont des produits essen-tiellement composés de silice, d’alumine et d’oxydede fer, présentant soit naturellement (lorsqu’ellessont d’origine volcanique) soit après activation ther-mique, des propriétés pouzzolaniques.

Cendres volantes siliceuses (V) ou calciques (W)

Les cendres volantes sont des particules pulvéru-lentes obtenues par dépoussiérage électrostatiqueou mécanique des gaz de chaudières alimentées aucharbon pulvérisé.

Schistes calcinés (T)

Sous réserve de caractéristiques convenables défi-nies dans la norme les schistes calcinés peuventêtre utilisés.

Calcaires, (L, LL)

Ce sont des produits obtenus par broyage fin deroches naturelles présentant une teneur en carbona-te de calcium – CaCO3 – supérieure à 75 %.

Fumées de silice (D)

Les fumées de silice sont des particules très fines(environ 1 µm) présentant une très forte teneur ensilice amorphe.Elles proviennent de la réduction de quartz de gran-de pureté par du charbon dans des fours à arc élec-trique utilisés pour la production de silicium et d’al-liages de ferrosilicium.

Sulfate de calcium

Le sulfate de calcium généralement du gypse doitêtre ajouté en faible quantité aux autres constituantsdu ciment au cours de sa fabrication, en vue deréguler la prise.

Constituants secondaires

Les constituants secondaires sont des matériauxminéraux naturels ou des matériaux minéraux déri-vés du processus de fabrication du clinker ou desconstituants décrits dans les paragraphes ci-dessus,sauf s’ils sont déjà inclus en tant que constituantsprincipaux du ciment. Ils ne peuvent excéder 5 % enmasse.

Additifs

Les additifs sont des constituants qui ne figurentpas dans ceux énumérés ci-dessus et qui sontajoutés pour améliorer la fabrication ou les proprié-tés du ciment.La quantité totale des additifs doit être inférieure ouégale à 1 % en masse de ciment (exception faite despigments). La proportion des additifs organiques,sous forme d’extrait sec, doit être inférieure ou égaleà 0,5 % en masse de ciment.

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Les différents types de ciments

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Le ciment Portland : CEM I

Il contient au moins 95 % de clinker et au plus 5 %de constituants secondaires.

Le ciment Portland composé : CEM II/A ou B

Il contient au moins 65 % de clinker et au plus 35 %d’autres constituants : laitier de haut fourneau,fumée de silice (limitée à 10 %), pouzzolane naturel-le, cendres volantes, calcaires, constituants secon-daires.Il est à noter que les ciments Portland et Portlandcomposé englobent les ciments gris et les cimentsblancs.

Le ciment de haut fourneau : CEM III/A ou B…

Il contient entre 36 et 80 % de laitier et 20 à 64 % declinker.

… et CEM III/C (ex. ciment de laitier au clinker)

Il contient au moins 81 % de laitier et 5 à 19 % declinker.

Le ciment au laitier et aux cendres : CEM V/A ou B

Il contient de 20 à 64 % de clinker, de 18 à 50 % decendres volantes et de 18 à 50 % de laitier.

Tous ces ciments peuvent comporter auplus 5 % de constituants secondaires.

Les classes de résistance

■ Définition des classes

Les ciments sont répartis en trois classes, 32,5 -42,5 - 52,5, définies par la valeur minimale de larésistance normale du ciment à 28 jours.La résistance normale d’un ciment est la résistancemécanique à la compression mesurée à 28 joursconformément à la norme NF EN 196-1 et expriméeen N/mm2 (1 N/mm2 = 1 MPa = 10 daN/cm2 =10 bars).Pour les ciments de classes 32,5 et 42,5, il est fixéune valeur maximale de la résistance normale à28 jours, comme indiqué dans le tableau.

Pour chaque classe de résistance normale, deuxclasses de résistance au jeune âge sont définies,une classe avec résistance au jeune âge ordinaire(indiquée par la lettre N) et une classe avec résis-tance au jeune âge élevée (indiquée par la lettre R).

■ Valeurs limites garanties des résistances

La conformité d’un lot de ciment est appréciée pource qui concerne la résistance à la compression enfonction des valeurs du tableau suivant qui sontgaranties (valeurs limites inférieures).

■ Les autres caractéristiques garanties

La norme NF EN 197-1 retient également des cri-tères de conformité autres que les résistances :temps de début de prise, stabilité, teneurs en sul-fates ou en chlorures. L’ensemble de ces valeurs estrécapitulé dans le tableau ci-après :

Les autres ciments

D’autres ciments évoqués par la norme NF EN 197-1,font l’objet de normes spécifiques :

Ciment prompt naturel (CNP) NF P 15-314

Le ciment prompt naturel, à prise et durcissementrapides, résulte de la cuisson à température modé-rée, d’un calcaire argileux de composition régulière,extrait de bancs homogènes, suivie d’un broyagetrès fin.Le ciment prompt naturel est caractérisé par la pré-sence de silicates de calcium, essentiellement sousforme de silicate bicalcique actif, d’aluminate de calcium riche en alumine et de sulfo-aluminate de calcium qui est une spécificité du produit.

Ciment alumineux fondu (CA) NF P 15-315

Le ciment alumineux fondu est un liant hydrauliquequi résulte de la mouture, après cuisson jusqu’à lafusion, d’un mélange composé principalement d’alu-mine, de chaux, d’oxydes de fer et de silice, dansdes proportions telles que le ciment obtenu renfermeau moins 30 % de sa masse d’alumine.

Ciment de laitier à la chaux (CLX) NF P 15-306

Ciment à maçonner (CM) NF P 15-307

Ciment naturel (CN) NF P 15-308

Désignation de la classe

32,5 N

32,5 R

– ≥ 16

≥ 10 –≥ 32,5 ≤ 52,5

42,5 N

42,5 R

≥ 20 –

≥ 30 –

52,5 N

52,5 R

≥ 10 –

≥ 20 –≥ 42,5 ≤ 62,5

≥ 52,5 –

Résistance à la compression (en MPa)

Résistance à court terme Résistance courante

à 2 jours à 7 jours à 28 jours

ClasseÉchéances

2 jours

7 jours

28 jours

32,5 N

-

14,0

32,5 R

8,0

-

42,5 N

8,00

-

42,5 R

18,0

-

52,5 N

18,0

-

52,5 R

28,0

-

30,0 30,0 40,0 40,0 50,0 50,0

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Ciments à caractéristiques complémentaires normalisées

Pour certains types d’ouvrages des exigences rela-tives aux caractéristiques des ciments peuvent êtrerequises ; elles font l’objet de normes spécifiques :

Ciments pour travaux à la mer (PM) NF P 15-317

Les ciments n’ont pas tous la même résistance faceaux attaques chimiques liées à l’environnementmarin ; l’emploi de ciments présentant de bonnescaractéristiques de résistance à ces agressions estdonc nécessaire.Ces ciments présentent des teneurs limitées en alu-minate tricalcique (C3A) qui leur permettent deconférer au béton une résistance accrue à l’agres-sion des ions sulfate en présence d’ions chlorure, aucours de la prise et ultérieurement.Les ciments pour travaux à la mer sont :– des CEM I, des CEM II qui possèdent des carac-téristiques physiques et chimiques complémen-taires,– des CEM III/A, B ou C, CEM V qui sont naturelle-ment qualifiés pour cet usage ;– des ciments prompts naturels (CNP) définis par lanorme NF P 15-314 et des ciments alumineux fon-dus (CA) définis par la norme NF P 15-315, ayantprésenté un bon comportement, soit lors d’essais de longue durée, soit en ouvrages dans le milieuconsidéré.

Ces ciments comportent la mention PM dans le car-touche de marquage.

Les ciments pour travaux en eaux à haute teneuren sulfates (ES) XP P 15-319

Les eaux séléniteuses constituent un milieu particu-lièrement agressif, qui nécessite l’emploi de cimentsspécifiques.Ces ciments pour travaux en eaux à haute teneur ensulfates présentent des teneurs limitées en alumina-te tricalcique (C3A) qui leur permettent de conférerau béton une résistance accrue à l’agression desions sulfate au cours de la prise et ultérieurement.Ces ciments sont :– des CEM I, des CEM II qui présentent des carac-téristiques complémentaires de celles définies dansla norme ;– des CEM III/A, B ou C, CEM V naturellement qua-lifiés pour cet usage ;– des ciments alumineux fondus (CA), définis par lanorme NF P 15-315, ayant présenté un bon compor-tement, soit lors d’essais de longue durée, soit enouvrages dans le milieu considéré.Ces ciments comportent la mention ES sur leuremballage.

Ciments à teneur en sulfures limitée (CP)NF P 15-318

Ces ciments sont des produits dont les caractéris-tiques sont complémentaires de celles des ciments

Exigences chimiques définies en termes de valeurs caractéristiques des ciments courants

1 2 3 4 5

Propriétés Référence de l’essai Type de ciment Classe de résistance Exigences (a)

Perte au feu EN 196-2 CEM I toutes classes ≤ 5,0 %CEM III

Résidu insoluble EN 196-2 (b) CEM I toutes classes ≤ 5,0 %CEM III

32,5 NCEM I 32,5 R ≤ 3,5 %CEM II (c) 42,5 NCEM IV

Sulfate (SO3) EN 196-2 CEM V 42,5 R52,5 N ≤ 4,0 %52,5 R

CEM III (d) toutes classes

Chlorure EN 196-21 tous types (e) toutes classes ≤ 0,10 % (f)

Pouzzolanicité EN 196-5 CEM IV toutes clases satisfait à l’essai

a) Les exigences sont données en pourcentage en masse du ciment produit fini.b) Détermination des résidus insolubles dans l’acide chlorhydrique et le carbonate de sodium.c) Le ciment de type CEM II/B-T peut contenir un maximum de 4,5 % de SO3 quelle que soit la classe de résistance.d) Le ciment de type CEM III/C peut contenir un maximum de 4,5 % de SO3.e) Le ciment de type CEM III peut contenir plus de 0,10 % de chlorure mais, dans ce cas, la tenur maximale en chlorure doitfigurer sur l’emballage et/ou le bon de livraison.f) Pour des applications en précontrainte, les ciments peuvent être produits selon une exigence plus basse. Dans ce cas, lavaleur de 0,10 % doit être remplacée par cette valeur plus basse qui doit être mentionnée sur le bon de livraison.

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CEM I, CEM II, CEM III/A et B et CEM V, définis parla norme.Ces ciments trouvent leurs principales applicationsdans les ouvrages de masse et certains ouvrages enbéton précontraint.Ils comportent la mention CP sur leur emballage.

Désignation et marquage

Les ciments doivent être identifiés au moins par leurtype (chiffre romain) et par un nombre indiquant laclasse de résistance (par ex. 32,5). Pour indiquerque le ciment a une résistance élevée au jeune âge,la lettre R est ajoutée. Les caractéristiques complé-mentaires éventuelles sont rappelées par un siglePM/ES/CP.Exemple : un ciment Portland contenant au moins95 % de clinker, de classe 42,5 ayant une résistan-ce au jeune âge élevée et reconnu apte pour les tra-vaux à la mer.

CEM I 42,5 R PM

Certification des ciments

Depuis le 1er avril 2001, les ciments courants peu-vent être marqués CE et ils le seront de façon obli-gatoire à partir du 1er avril 2002.Le marquage CE des ciments courants atteste leurconformité à la norme harmonisée EN 197-1 et per-met à ces ciments de circuler librement au sein del’Espace Economique Européen.La marque NF volontaire, complémentaire du mar-quage CE, atteste que le ciment qui la porte estconforme au niveau de qualité requis par le marchéfrançais en fonction des conditions climatiques etenvironnementales ainsi que des techniques demise en œuvre. Elle implique que le niveau decontrôle des ciments est bien celui qui a fait la noto-riété et le succès de la marque NF-Liants hydrau-liques.Il a été décidé de maintenir la marque « NF-Liantshydrauliques » certifiée par l’AFNOR, en complé-

ment du marquage CE pour attester la conformitédes ciments courants aux exigences de la norme NFP 15-301 de 1994 qui n’ont pas été reprises dansl’EN 197-1, en particulier :• un critère de régularité de composition à ± 5 % parrapport à une valeur déclarée pour chaque consti-tuant ;• des temps de début de prise plus longs pour les ciments des classes 32,5 N, 32,5 R et 52,5 N et52,5 R ;• des résistances à court terme plus élevées pour lesciments des classes 32,5 N, 32,5 R et 42,5 N.Le contrôle des cimenteries correspondant à la déli-vrance de cette marque est assuré par leLaboratoire d’Essais des Matériaux de la Ville deParis.

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Exemple de marquage

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Tableau de correspondance entre anciennes et nouvelles désignations des ciments

Ciment Portland CPA - CEM I

Ciment PortlandCPJ - CEM II / A ou B

composé

Ciment de CHF - CEM III / A ou Bhaut fourneau CLK - CEM III / C

Ciment CPZ - CEM IV / A ou B

pouzzolanique

Ciment au laitierCLC - CEM V / A ou B

et aux cendres

Ciment Portland CEM I

Ciment PortlandCEM II / A ou B - S

au laitier

Ciment PortlandCEM II / A - D

à la fumée de silice

Ciment Portland CEM II / A ou B - Pà la pouzzolane CEM II / A ou B - Q

Ciment Portland CEM II / A ou B - Vaux cendres volantes CEM II / A ou B - W

Ciment PortlandCEM II / A ou B - T

aux schistes calcinés

Ciment Portland CEM II / A ou B - Lau calcaire CEM II / A ou B - LL

Ciment PortlandCEM II / A ou B - M(*)

composé

Ciment deCEM III / A, B ou C

haut fourneau

Ciment CEM IV / A ou B(*)

pouzzolanique

Ciment composé CEM V / A ou B(*)

depuis 1994 NF P 15-301 à partir de 2001 NF EN 197-1

(*) Les constituants, autres que le clinker, sont identifiés par leur symbole entre parenthèses. Exemple : (S-V-L).

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L’industrie cimentière met aujourd’hui à la dispositionde l’utilisateur un grand nombre de ciments qui pré-sentent des caractéristiques bien définies et adap-tées à des domaines d’emploi déterminés.La gamme étendue de résistances, de nature ou devitesse de prise et de durcissement répond auxusages très divers qui sont faits du béton sur chan-tier ou en usine, dans le bâtiment ou les travauxpublics.Impératifs climatiques, résistance à des agentsagressifs, autant de paramètres qui doivent aider àchoisir le ciment le plus approprié.Pour faire ce choix, il importe de connaître les carac-téristiques spécifiques des différentes catégories deciment prévues par la normalisation.Il convient de souligner que lorsqu’on parle de résis-tances de ciments, il s’agit de valeurs spécifiéesdans la norme.Les valeurs de résistance des bétons obtenues àpartir de ces ciments peuvent être très différentes enplus ou en moins.C’est ainsi qu’on peut réaliser des bétons de hautesperformances dépassant 100 MPa de résistance à lacompression à partir de CEM I 42,5 ou 52,5.

L’objet de cette documentation est de fournir suc-cessivement les caractéristiques principales sui-vantes :• composition ;• résistances mécaniques ;• caractéristiques garanties.Les domaines d’emploi qui découlent de ces pro-priétés sont décrits ensuite, ainsi que les particulari-tés liées à la mise en œuvre ou aux restrictionsd’emploi.

Les ciments Portland CEM INorme NF EN 197-1

■ Composition

Les ciments Portland résultent du broyage de clinkeret de sulfate de calcium (gypse ou anhydrite) pourrégulariser la prise, et éventuellement de consti-tuants secondaires en faible quantité (inférieure à 5 %). La teneur en clinker est au minimum de 95 %.

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1.3 Caractéristiques et emplois des ciments

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■ Caractéristiques garanties

En dehors des valeurs normales des classes derésistance énoncées dans le chapitre 1.2, la normeprévoit le respect de valeurs limites garanties à 2,7et 28 jours. Ces résistances sont mesurées sur« mortier normal ».

Les caractéristiques chimiques, qui sont un facteurimportant de la résistance des bétons à desambiances agressives, concernent la teneur enanhydride sulfurique (SO3) inférieure à 4 % (4,5 %pour les classes 42,5 R et 52,5), et en ions chloreinférieure à 0,10 %.

■ Domaines d’emploi principaux

Les CEM I ordinaires conviennent pour des travauxde toute nature, en béton armé ou en béton précon-traint. Par contre, leurs caractéristiques n’en justifientgénéralement pas l’emploi pour les travaux demaçonnerie courante et les bétons en grande masseou faiblement armés.Les CEM I R conviennent pour les mêmes travaux,mais permettent un décoffrage rapide, appréciablenotamment en préfabrication.Les CEM I 52,5 ou 52,5 R conviennent pour les tra-vaux de béton armé ou précontraint pour lesquelsest recherchée une résistance exceptionnelle.Pour les travaux en milieu agressif (terrain gypseux,eaux de mer, eaux sulfatées), on emploiera desciments Portland pour travaux à la mer PM, ou pourtravaux en eaux à haute teneur en sulfates ES

■ Précautions particulièresPour les travaux massifs, on utilisera plutôt desciments à faible chaleur d’hydratation initiale CP.

Les ciments Portland composésCEM II norme NF EN 197-1

■ Composition

Les ciments Portland composés résultent du mélan-ge de clinker en quantité au moins égale à 65 % etd’autres constituants tels que laitiers, cendresvolantes, pouzzolanes, fumée de silice, dont le totalne dépasse pas 35 %.


De même que pour les CEM I, des résistances mini-males variant avec les classes sont garanties à 2,7et 28 jours (voir tableau ci contre).Les valeurs limites garanties concernent la teneur en SO3 inférieure à 4 % (ou 4,5 % voir ci contre) etla teneur en ions chlore inférieure à 0,10 % (0,05 %pour la classe 52,5 R).


Les CEM II 32,5 conviennent bien pour les travauxde maçonnerie et les bétons peu sollicités.Les CEM II 32,5 et 42,5 conviennent pour les travauxde toute nature en béton armé ou en béton précon-traint.De façon générale, les CEM II sont bien adaptéspour les travaux massifs exigeant une élévation detempérature modérée, les routes et le béton manu-facturé.La classe R sera préférée pour les travaux exigeantde hautes résistances initiales (préfabrication, décof-frage rapide).Pour les travaux en milieux agressifs, on emploierales ciments pour travaux à la mer (PM) ou résistantsaux eaux sulfatées (ES).

■ Précautions particulières

Lorsque l’aspect est important (béton brut, enduits),il convient d’éviter l’emploi de certains CEM II com-portant des proportions importantes de constituantssusceptibles d’entraîner des variations de teinte tropmarquées, les cendres volantes notamment.

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Résistances minimales garanties en N/mm2 (1)Classe

de résisistance 2 jours 7 jours 28 jours

32,5 N - 14 30

32,5 R 8 - 30

42,5 N 8 - 40

42,5 R 18 - 40

52,5 N 18 - 50

52,5 R 28 - 50

(1) 1 Mega Pascal (MPa) = 10 bars = 1 N/mm2

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Les ciments au laitiernorme NF EN 197-1

■ Composition

Trois types de ciments comportent des pourcen-tages de laitier assez importants. Il s’agit du cimentPortland au laitier CEM II/A et B-S, du ciment dehaut fourneau CEM II/A, B ou C et du ciment com-posé CEM V/A et B.

* Les constituants principaux, autres que le clinker, doivent êtredéclarés dans la désignation du ciment.


Les valeurs garanties pour la résistance sont ana-logues à celles indiquées pour les CEM I.La teneur en SO3 doit être inférieure à 5 % pour leCEM III/C, à 4,5 % pour les CEM III/A ou B, 4 % pourle CEM V (4,5 % pour la classe 42,5 R et 52,5).


Ces ciments sont bien adaptés aux travaux sui-vants :• travaux hydrauliques, souterrains, fondations,injections ;• travaux en eaux agressives : eaux de mer, eauxséléniteuses, eaux industrielles, eaux pures ;• ouvrages massifs : fondations, piles d’ouvragesd’art, murs de soutènement, barrages.

■ Précautions particulières

Les bétons de ciment au laitier sont sensibles à ladessiccation ; il faut les maintenir humides pendantle durcissement et, pour cela, protéger au besoinleurs surfaces à l’aide d’un produit de cure.Pour cette raison, ces ciments sont à éviter dans lesenduits.L’aspect rèche du béton ne doit pas inciter à aug-menter la teneur en eau de gâchage.Le ralentissement de la vitesse d’hydratation par lefroid plus marqué qu’avec le ciment Portland demême classe, conduit à éviter l’emploi de ce type deciment par temps froid.

Les ciments à maçonner CMnorme NF P 15-307

■ Composition

Liant hydraulique pulvérulant fabriqué en usine etdont le développement de résistance est essentielle-ment dû à la présence de clinker Portland.


Il existe trois classes de résistance (MC 5, MC 12,5et MC 22,5) selon la résistance minimum à 28 jours.

Le temps de début de prise ne doit pas être inférieurà 60 mn. La teneur en SO3 est limitée à 3,5 % pourles classes 12,5 et 22,5 et à 2,0 % pour la classe 5.


Ces ciments, dont les résistances sont volontaire-ment limitées par rapport aux ciments classiques,conviennent bien pour la confection des mortiers uti-lisés dans les travaux de bâtiment (maçonnerie,enduits, crépis...).Ils peuvent être également utilisés pour la fabricationou la reconstitution de pierres artificielles.Ces ciments ne conviennent pas pour les bétons àcontraintes élevées ou les bétons armés.Ils ne doivent pas être employés dans les milieuxagressifs.

Le ciment prompt naturel CNPnorme NF P 15-314

■ Composition

Le ciment prompt naturel est obtenu par cuisson, àtempérature modérée (1 000/1 200 °C), d’un calcai-re argileux d’une grande régularité. La mouture estplus fine que celle des ciments Portland.

■ Caractéristiques

Le ciment prompt naturel est un produit, à prise rapi-de, et à résistances élevées à très court terme.La résistance du « mortier 1/1 » (une partie deciment pour une partie de sable en poids) à 1 heureest de 6 MPa.

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Type

% pouzzolanesnaturelles ou

naturelles calcinés

ou cendresvolantes

siliceuses

%laitier

de hautfourneau

%cinkerNotation

Ciment dehaut fourneau

Ciment composé *

CEM III/A 35-64 36-65 -

CEM III/B 20-34 66-80 -

CEM III/C 5-19 81-95 -

CEM V/A 40-64 18-30 18-30

CEM V/B 20-38 31-50 31-50

Résistances (à court terme)à 7 joursen MPa

Résistances (courante)à 28 jours

en MPa

Type

MC 5 ≥ 5 1) ≤ 15

MC 12,5≥ 7 ≥ 12,5 ≤ 32,5

MC 12,5 X

MC 22,5 X ≥ 10 ≥ 22,5 ≤ 42,5

1. Un taux de mise en charge de (400 ± 40) N/s doit être appliqué pour les essais des éprouvettes du tye MC 5.

Résistance à la compression

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Le début de prise commence à environ 2 mn,s’achève pratiquement à 4 mn.Le début de prise du ciment naturel prompt est deplus réglable de 3 à 15 minutes en utilisant l’adjuvantTempo (livré avec chaque sac de 25 kg) qui ne modi-fie pas l’évolution du durcissement.

Le ciment prompt naturel est résistant aux eaux agres-sives (eaux séléniteuses, eaux pures, eaux acides).Il est normalisé pour travaux à la mer : PM.


Le ciment prompt naturel s’utilise en mortier avec undosage généralement de deux volumes de cimentpour un volume de sable, et éventuellement enbéton. Dans les cas d’urgence nécessitant une priseimmédiate (aveuglements de voies d’eau), il est pos-sible de l’employer en pâte pure.Parmi les nombreux emplois, on peut citer :• scellements ;• travaux spéciaux et travaux de réparation ;• enduits de façade (en mélange aux chaux naturelles) ;• bétons projetés, moulages ;• revêtements et enduits résistant aux eaux agres-sives et à bon nombre d’attaques chimiques, en par-ticulier à l’acide lactique et aux déjections (bâtimentspour l’élevage, silos) ;• colmatage et travaux à la mer ;• projection, travaux souterrains.Quelques précautions sont à prendre lorsqu’onemploie du ciment prompt naturel :• ne pas rebattre un mortier ou lisser un enduit pourne pas « casser » la prise ;• éviter particulièrement l’excès d’eau.

Le ciment alumineux fondu CAnorme NF P 15-315

■ Composition

Le ciment alumineux fondu résulte de la cuisson jus-qu’à fusion d’un mélange de calcaire et de bauxite,suivie d’une mouture sans gypse à une finesse com-parable à celle des ciments Portland.


Les résistances minimales garanties sur « mortiernormal » sont les suivantes.

Début de prise : minimum 1 h 30.Le ciment alumineux fondu développe des résis-tances à court terme élevées grâce à un durcisse-ment rapide. Il est très résistant aux milieux agressifset acides (jusqu’à des pH de l’ordre de 4). Il est nor-malisé pour les travaux à la mer : PM et en eaux àhaute teneur en sulfate : ES.Une chaleur d’hydratation élevée, liée à son durcis-sement rapide, permet au ciment fondu d’être mis enœuvre par temps froid (jusqu’à – 10 °C). C’est éga-lement un ciment réfractaire (bon comportement jus-qu’à 1 300 °C).


Le ciment alumineux fondu est particulièrementadapté aux domaines suivants :• travaux nécessitant l’obtention, dans un délai trèscourt, de résistances mécaniques élevées (poutreset linteaux pour le bâtiment, sols industriels) ;• sols résistant aux chocs, à la corrosion, aux fortstrafics ;• ouvrages en milieux agricoles, canalisations,assainissement ;• fours, cheminées (bétons réfractaires) ;• travaux de réparation ;• scellements (en mélange avec du ciment Portlandpour la préparation de mortiers à prise réglable).

■ Précautions d’emploi

Par temps très froid, il faut protéger le béton jusqu’audéclenchement de la phase de durcissement.Dans tous les cas, le mortier ou le béton de cimentfondu doit être maintenu humide (produit de cure ouprotection) pendant toute sa période de durcisse-ment, pour éviter sa dessiccation.Le dosage minimum en ciment fondu est générale-ment de 400 kg/m3 de béton, le rapport eau/cimentne doit pas dépasser 0,4.

Le ciments blancs

■ Composition et caractéristiques

La teinte blanche est obtenue grâce à des matièrespremières très pures (calcaire et kaolin) débarras-sées de toutes traces d’oxyde de fer.Les caractéristiques sont analogues à celles desciments Portland gris (norme NF EN 197-1).

■ Domaines d’emploi

Grâce à sa blancheur, le ciment blanc permet lamise en valeur des teintes des granulats dans lesbétons apparents.La pâte peut être elle-même colorée à l’aide de pig-ments minéraux, ce qui fournit des bétons avec unegrande variété de teintes tant pour les bétons destructure que pour les bétons architectoniques et lesenduits décoratifs.La composition du béton doit être bien étudiée enfonction des granulats et des effets recherchés.

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Les bétons fabriqués à partir des ciments appropriés à chaque utilisation se retrouvent dans tous

les types d’ouvrages : ponts, routes, barrages, édifices, sculptures moulées.

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PARTIE 2

LES CHAUX

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Rappel historique

Les chaux sont utilisées depuis des millénaires.Les Chinois, les Égyptiens, les Mayas ont construitdes édifices durables avec des mortiers à base dechaux à caractère hydraulique, obtenues par cuissondes calcaires locaux.Plus près de nous, les Romains puis nos ancêtresont utilisé les mêmes procédés pour construire desouvrages et des bâtiments qui font partie de notrepatrimoine.

Qu’est-ce que la chaux hydrauliquenaturelle ?

La chaux hydraulique naturelle est obtenue par cal-cination, à une température supérieure à 900 °C, deroches calcaires qui contiennent des éléments sili-ceux et alumineux.Au cours de la calcination, il se forme simultanément :– de l’oxyde de calcium (chaux vive) provenant de ladécomposition du carbonate de calcium, constituantprincipal du calcaire :

CaCO3 → CaO + CO2

Carbonate de calcium → oxyde de calcium + gaz carbonique

– des silicates et des aluminates de calcium prove-nant de la combinaison d’une partie de la chaux viveavec les éléments siliceux et alumineux.A l’issue de la calcination, les chaux sont hydratéespour éteindre la chaux vive non combinée

CaO + H2O → Ca(OH)2

Cette réaction s’accompagne d’un fort dégagementde chaleur et provoque la pulvérisation du produit.Les chaux éteintes sont généralement broyées.Les silicates et les aluminates de calcium leur don-nent la propriété de faire prise et même de durcirsous l’eau. C’est à cette propriété qu’elles doiventleur désignation « chaux hydrauliques naturelles ».Comme les chaux aériennes (calciques ou dolomi-tiques) les chaux hydrauliques naturelles durcissentégalement à l’air par carbonatation lente.Selon la roche ou le constituant d’origine et le traite-ment subi, on obtient les différentes chaux figurantau tableau 1.

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2.1 Les chaux hydrauliques naturelles

Matière Extinction par hydratation Après tamisage et broyage,produits commercialisés

Calcaire siliceux et alumineux

Calcaire à faible teneur en silice et alumineCalcaire dolomitiqueà faible teneur ensilice et alumine

CHAUX VIVE+ silicates et aluminates

CHAUX ÉTEINTE+ silicates et aluminates

CHAUX HYDRAULIQUENATURELLE (NHL)*

CHAUX VIVE CHAUX ÉTEINTE

CHAUX CALCIQUE (CL)*

CHAUX DOLOMITIQUE(DL)*

* Désignations issues de la normalisation européenne (ENV 459-1) - NHL : Natural hydraulic lime- CL : Calcium lime- DL : Dolomitic lime

Tableau 1

Calcination au-dessus de 900 °C

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La fabrication des chaux hydrauliquesnaturelles

■ La matière première

La roche calcaire est extraite de carrières à cielouvert ou souterraines. Après abattage, elle estconcassée et criblée.

■ La cuisson

La cuisson s’effectue en général dans des fours ver-ticaux à marche continue, dans lesquels sont intro-duits dans la partie supérieure, par couches succes-sives, la pierre calcaire et le combustible.La matière descend lentement, en traversantd’abord une zone de préchauffage, provoquant l’éva-poration de l’eau libre et la déshydratation (vers 200°C). Elle traverse ensuite une zone de calcination oùelle est décarbonatée (à partir de 900 °C).La zone de cuisson proprement dite, où se formentles silicates et aluminates de calcium, se situe à unetempérature variant entre 1 000 °C et 1 200 °C selonla qualité de chaux recherchée.

■ L’extinction

La chaux recueillie à la sortie du four passe alors parune extinction contrôlée où, sous l’action de l’eau, lapierre se pulvérise et la chaux vive est éteinte com-plètement, tout en respectant les silicates et alumi-nates qui lui donnent naturellement son caractèrehydraulique.

■ Le broyage

Le matériau obtenu est généralement broyé, avec ousans addition d’autres constituants.

La normalisation des chaux hydrauliques naturelles (NHL) Norme NF P 15-311

■ Classes de résistance

Les chaux hydrauliques naturelles (NHL) sont clas-sées en fonction de leur résistance à 28 jours expri-mée en N/mm2 ou MPa (1 N/mm2 = 1 MPa). Il existe3 classes de résistance désignées par la valeur mini-male : 2 ; 3,5 et 5. A chaque classe correspond uneplage de variation entre cette valeur minimale et unevaleur maximale, comme indiqué au tableau 2.

■ Caractéristiques physiques et chimiques

La norme fixe des valeurs inférieures ou supérieurespour un certain nombre de caractéristiques comme :• la finesse de mouture : refus aux tamis

– de 90 µm (0,09 mm) ^ 7 %– de 200 µm (0,2 mm) ^ 2 %

A titre indicatif ces valeurs correspondent à une surface spécifique Blaine de 8 000 cm2/g à10 000 cm2/g.• stabilité : l’expansion doit être inférieure ou égale à2 mm.• eau libre ^ 2 % (NHL 2 et 3,5) et ^ 1 % (NHL 5).• CO2 ^ 20 % (NHL 2) ; ^ 18 % (NHL 3,5) ; ^ 16 %

(NHL 5).• chaux libre 6 15 %.En outre la norme fournit des plages indicatives demasse volumique apparente en kg/dm3 :– NHL 2 : 0,4 à 0,8– NHL 3,5 : 0,5 à 0,9– NHL 5 : 0,6 à 1,0.

■ Désignation

La désignation comprend les lettres NHL suivies dela classe de résistance (exemple : NHL 3,5).Lorsqu’une addition de matériaux pouzzolaniquesou hydrauliques est effectuée dans la limite de 20 %comme l’autorise la norme, la chaux hydrauliquenaturelle est désignée NHL-Z.

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ClassesRésistances à la compresssion

en MPa (ou N/mm2)

7 jours 28 jours2 à 5--2

3,5 à 10≥ 1,53,55 à 151)≥ 25

Tableau 2.

1) Si NHL 5 a une masse volumique apparente inférieure à 0,90 kg/dm3,il est permis d'avoir une résistance jusqu'à 20 MPa.

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Les emplois des chaux hydrauliquesnaturelles

Les mortiers de chaux hydraulique naturelle trouventleurs applications essentiellement dans le bâtiment,où leurs qualités sont appréciées pour les enduits,les menus ouvrages en maçonnerie, la pose de car-relages anciens, le jointoiement et la consolidationde murs, les badigeons et d’une façon générale,pour les travaux de restauration.

■ Les enduits

La chaux hydraulique naturelle est un liant clair qui,mélangé aux sables locaux, assure une parfaite res-titution des enduits anciens. Additionnée de pig-ments elle permet également de fabriquer des mor-tiers présentant une vaste palette de teintes écla-tantes.Les nombreuses qualités de la chaux hydrauliquenaturelle, notamment plasticité et adhérence, ren-dent son emploi très intéressant et très efficace dansla confection des enduits intérieurs et extérieurs oùla résistance de l’enduit doit être adaptée à celle dessupports tendres.

■ Enduits pour le bâti neuf

Les recommandations pour la composition des mor-tiers à base de chaux hydrauliques naturelles sont détaillées dans la norme P 15-201 « DTU 26.1.Travaux de bâtiment. Enduits aux mortiers de ciments,de chaux et de mélange plâtre et chaux aérienne. » (1).

■ Enduits sur maçonneries anciennes

La chaux hydraulique naturelle est particulièrementadaptée à la restauration des constructionsanciennes et des monuments historiques (églises,tours, châteaux). Ces ouvrages ont souvent étéconstruits en utilisant des chaux hydrauliques natu-relles.

L’utilisation de la chaux hydraulique naturelle sur lesmaçonneries anciennes permet de limiter les risquesde fissuration et les désordres divers. Il est parcontre essentiel de réaliser des études préalableslorsqu’il est envisagé de mettre en œuvre, à l’exté-rieur, des mortiers de chaux hydraulique sur dessupports à base de plâtre.

■ Les badigeons

Les chaux hydrauliques naturelles conviennent bienpour la confection de laits de chaux ou badigeons,qui peuvent être colorés dans la masse. Ces chauxsont suffisamment fines et riches en hydroxyde decalcium pour rester en suspension aqueuse et don-ner un lait de chaux utilisable au moyen d’un pinceauou d’un pulvérisateur.

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1. Compte tenu de sa date de publication, le DTU 26.1 fait réfé-rence à la norme NF P 15-310 de 1969 et à ses désignations.www.allislam.net

■ Mortiers de pose et de jointoiement

Grâce à ses qualités de plasticité et d’adhérence auxsupports, la chaux hydraulique naturelle est bienadaptée au hourdage et au jointoiement de blocs,briques et pierres. Elle peut être employée pure oubâtardée selon la vitesse de durcissement souhai-tée.

■ Coulis de consolidation

Certaines maçonneries anciennes ont été hourdéesà la terre. Au fil des ans celle-ci s’est délitée, tasséeou a fui à travers les joints dégradés du parement.On les consolide en injectant en aveugle un coulis dechaux hydraulique naturelle par assises successivesau fur et à mesure de l’avancement du rejointoie-ment du parement.

■ Autres utilisations possibles hors bâtiment

Stabilisation des sols

Les sols fins argileux, limoneux, sablonneux peuventêtre malaxés avec les chaux hydrauliques naturelles(3 à 5 % en poids). Ceci a pour but d’abaisser leur

teneur en eau, de faciliter leur compactage et d’amé-liorer fortement leurs propriétés mécaniques derésistance.

Traitement des boues résiduaires urbaines

L’addition de chaux hydrauliques naturelles permetnon seulement l’aseptisation, mais aussi un durcis-sement du matériau traité favorisant son pelletage.

Neutralisation d’eaux acides

Les chaux hydrauliques naturelles peuvent être utili-sées comme agent correcteur du pH d’effluentsliquides.

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PARTIE 3

LES CONSTITUANTS

DES MORTIERS

ET BÉTONS

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Le rôle des granulats pour bétons

Les granulats pour bétons – norme de définitionXP P 18-540 – sont des grains minéraux classés enfillers, sablons, sables, gravillons, graves ou ballasts,suivant leurs dimensions comprises entre 0 et125 mm.Selon un concept traditionnel, les granulats consti-tuent le squelette du béton.Les granulats, qui sont généralement moins défor-mables que la matrice de ciment, s’opposent à lapropagation des microfissures provoquées dans lapâte par le retrait. Ils améliorent ainsi la résistancede la matrice.La nature des liaisons qui se manifestent à l’interfa-ce granulat/pâte de ciment, conditionne les résis-tances mécaniques du béton.Le choix d’un granulat est donc un facteur importantde la composition du béton, qui doit toujours êtreétudiée en fonction des performances attendues,spécialement sur le plan de la durabilité.

Les caractéristiques des granulats

■ Les caractéristiques géométriques

Granulométrie

La granulométrie permet de déterminer l’échelonne-ment des dimensions des grains contenus dans ungranulat.Elle consiste à tamiser le granulat sur une série detamis à mailles carrées, de dimensions d’ouverturedécroissantes et à peser le refus sur chaque tamis.Les ouvertures carrées des tamis sont normaliséeset s’échelonnent de 0,08 mm à 80 mm.La courbe granulométrique exprime les pourcen-tages cumulés, en poids, de grains passant dans lestamis successifs.

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3.1 Les granulats

EXEMPLE DE COURBES GRANULOMÉTRIQUES D’UN SABLE ET DE DEUX GRAVILLONS

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Classes granulaires

Un granulat est caractérisé du point de vue granulai-re par sa classe d/D, d et D étant respectivement laplus petite et la plus grande dimension des grains.Lorsque d est inférieur à 2 mm, le granulat est dési-gné 0/D.La norme XP P 18-540 indique la terminologieusuelle des granulats selon leurs dimensions :

– Fillers 0/D : D < 2 mm– Sablons 0/D : D < 1 mm– Sables 0/D : 1 < D < 6,3 mm– Gravillons d/D : d > 1 mm ; D < 125 mm– Graves 0/D : D > 6,3 mm– Ballast d/D : d 6 25 mm ; D ≤ 50 mm

De façon pratique, la composition du béton peut faireappel à une granularité discontinue (par exemple unsable 0/5 et un gravillon 15/25).Cette formule permet de limiter les stockages d’untrop grand nombre de classes granulaires, en nenécessitant que deux classes faciles à trouver chezles distributeurs de granulats.La granulométrie continue (par exemple à partir detrois granulats 0/5, 5/15, 15/25) nécessite desdosages plus précis et des installations qui ne peu-vent se concevoir que pour des chantiers importantsou des centrales de fabrication de béton.

Module de finesse

La norme XP P 18-540 définit : le module de finessed’un sable qui caractérise sa granularité comme le1/100 ème de la somme des refus, exprimés enpourcentages, sur les différents tamis de la série sui-vante : 0,16 - 0,315 - 0,63 - 1,25 - 2,5 - 5,0 mm. Pourun sable 0/5, il est recommandé d’avoir un modulede finesse voisin de 2,5.

Coefficient d’aplatissement

Il caractérise la forme du granulat à partir de sa plusgrande dimension et de son épaisseur. La normeNF P 18-561 définit les modalités de sa mesure.

■ Les caractéristiques physico-chimiques

Masse volumique en vrac, encore appelée masse volumique apparente

C’est la masse du granulat sec occupant l’unité devolume.Elle dépend du tassement des grains. Elle se mesu-re conformément à un mode opératoire précis(normes NF P 18 554 et 18 555).Elle est comprise entre 1 400 kg/m3 et 1 600 kg/m3

pour les granulats roulés silico-calcaires.La masse volumique réelle du granulat (vides entregrains exclus) est nettement plus élevée : de 2 500 à2 600 kg/m3 pour les mêmes granulats.Sur chantier, les granulats contiennent un certainpourcentage d’humidité, d’autant plus important quele granulat est fin.La conséquence en est, pour les sables, une expan-sion en volume désignée sous le nom de « foison-nement ». Il peut atteindre 20 à 25 % pour desteneurs en eau de 4 à 5 %, ce qui modifie lesdosages lorsqu’on raisonne en volume.

Il est donc important de connaître la teneur en eaudes granulats ; on peut l’obtenir de façon rapide surchantier, par séchage et pesée.

Porosité

C’est le rapport du volume des vides contenus dansles grains au volume des grains, exprimé en pour-centage. La porosité des granulats courants est engénéral très faible. Cependant, la porosité est impor-tante dans le cas des granulats légers.

Propreté des granulats

Les granulats employés doivent être propres, car lesimpuretés perturbent l’hydratation du ciment etentraînent des défauts d’adhérence entre les granu-lats et la pâte.La propreté est caractérisée par la teneur en parti-cules fines (< 0,5 mm) essentiellement argileuses oud’origine végétale ou organique dont la valeuracceptable P mesurée conformément à la normeP 18-591 en ce qui concerne les granulats > 2 mmdoit être < 1,5.Dans le cas des sables, le degré de propreté estfourni par l’essai appelé « équivalent de sable pistonPS » (norme P 18-597) qui consiste à séparer lesable des particules très fines qui remontent par flo-culation à la partie supérieure de l’éprouvette où l’ona effectué le lavage. L’essai est fait uniquement sur lafraction de sable 0/2 mm. La valeur de PS doit selonles cas être supérieure à 60 ou 65.

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PS = 100 h1h2

L’essai dit d’« équivalent de sable » permet de mesurer le degré de propreté du sable.

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Il faut souligner l’importance de la propreté des gra-nulats sur la qualité du béton qui influe autant sur samise en œuvre que sur ses performances finales, enabaissant l’adhérence pâte de ciment/granulats. Ilfaudra donc être particulièrement exigeant sur cettecaractéristique, et au respect des spécifications laconcernant.D’autres impuretés sont susceptibles de nuire auxqualités du béton. Il s’agit de particules organiquesqui peuvent perturber son durcissement, de sels telsque les sulfates ou les sulfures, qui sont à l’originede phénomènes de gonflement ou de taches.Enfin, les corps étrangers (lignites ou scories) sont àproscrire.

■ Les caractéristiques mécaniques

Méthodes de mesures

Les caractéristiques mécaniques des granulats nesont pas déterminées par des essais habituels detraction ou de compression. Par contre, il existe desessais tentant de reproduire certaines sollicitationspropres à des usages spécifiques des granulats, parexemple le degré d’usure pour les granulats utiliséspour les bétons routiers.

• Essai Micro Deval

C’est un essai dont le principe est de reproduire,dans un cylindre en rotation, des phénomènesd’usure. Les modalités de cet essai font l’objet de lanorme NF P 18-572.

• Essai Los Angeles

Le principe de cet essai est la détermination de larésistance à la fragmentation par chocs et à l’usurepar frottements réciproques. Il fait l’objet de la normeNF P 18-573.Le coefficient Los Angeles calculé à partir du pas-sant au tamis de 1,6 mm, mesuré en fin d’essai,caractérise le granulat.Pour des granulats susceptibles d’être soumis aux effetsdu gel, on peut mesurer le coefficient Los Angeles aprèsune série de 25 cycles gel/dégel (– 25 °C, + 25 °C) etle comparer au coefficient de référence.La valeur du coefficient LA est limitée à 30 pour lesusages autres que routiers.

Spécifications

La norme XP P 18-540 distingue les « granulatspour chaussées y compris les chaussées enbéton hydraulique » et les granulats pour « mor-tiers et bétons hydrauliques »…Les granulats sont classées en 6 catégories allantde A à F, chacune d’elle devant satisfaire les condi-tions suivantes :

Lorsque la catégorie F est retenue, les limites supé-rieures doivent obligatoirement être fixées.On se reportera à la norme de référence pour lesspécifications telles que propreté, sensibilité au gelou teneurs limites en impuretés.

Les différents types de granulats

Les granulats utilisés pour le béton sont soit d’originenaturelle, soit artificiels.

■ Les granulats naturels

Origine minéralogique

Parmi les granulats naturels, les plus utilisés pour lebéton proviennent de roches sédimentaires sili-ceuses ou calcaires, de roches métamorphiques tellesque les quartz et quartzites, ou de roches éruptivestelles que les basaltes, les granites, les porphyres.

Granulats roulés et granulats de carrières

Indépendamment de leur origine minéralogique, onclasse les granulats en deux catégories.• Les granulats alluvionnaires, dits roulés, dont laforme a été acquise par l’érosion.Ces granulats sont lavés pour éliminer les particulesargileuses, nuisibles à la résistance du béton et cri-blés pour obtenir différentes classes de dimension.Bien qu’on puisse trouver différentes roches selon larégion d’origine, les granulats utilisés pour le béton sontle plus souvent siliceux, calcaires ou silico-calcaires.• Les granulats de carrière sont obtenus par abattageet concassage, ce qui leur donne des formes angulaires.Une phase de précriblage est indispensable à l’ob-tention de granulats propres. Différentes phases deconcassage aboutissent à l’obtention des classesgranulaires souhaitées.Les granulats concassés présentent des caractéris-tiques qui dépendent d’un grand nombre de para-mètres : origine de la roche, régularité du banc,degré de concassage... La sélection de ce type degranulats devra donc être faite avec soin et aprèsaccord sur un échantillon.

■ Les granulats artificiels

Sous-produits industriels, concassés ou non

Les plus employés sont le laitier cristallisé concasséet le laitier granulé de haut fourneau obtenus parrefroidissement à l’eau.La masse volumique apparente est supérieure à 1 250 kg/m3 pour le laitier cristallisé concassé, 800 kg/m3 pour le granulé.Ces granulats sont utilisés notamment dans lesbétons routiers ou pour les bétons réfractaires. Lesdifférentes caractéristiques des granulats de laitier etleurs spécifications font l’objet des normes NF P 18-302et 18-306.D’autres sous-produits sont également utilisés : sco-ries, mâchefer...

Granulats industriels à hautes caractéristiques

Il s’agit de granulats élaborés spécialement pourrépondre à certains emplois, notamment granulatstrès durs pour renforcer la résistance à l’usure dedallages industriels (granulats ferreux, carborun-dum...) ou granulats réfractaires.

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Granulats allégés par expansion ou frittage

Ces granulats, très utilisés dans de nombreux payscomme l’URSS ou les États-Unis, n’ont pas eu enFrance le même développement, bien qu’ils allientdes caractéristiques de résistance, d’isolation et depoids très intéressantes.Les plus usuels sont l’argile ou le schiste expansé(norme NF P 18-309) et le laitier expansé (NF P 18-307).D’une masse volumique variable entre 400 et 800 kg/m3

selon le type et la granularité, ils permettent de réa-liser aussi bien des bétons de structure que desbétons présentant une bonne isolation thermique.Les gains de poids sont intéressants puisque lesbétons réalisés ont une masse volumique compriseentre 1 200 et 2 000 kg/m3.

■ Les granulats très légers

Ils sont d’origine aussi bien végétale et organiqueque minérale (bois, polystyrène expansé).Très légers – 20 à 100 kg/m3 – ils permettent deréaliser des bétons de masse volumique compriseentre 300 et 600 kg/m3.On voit donc leur intérêt pour les bétons d’isolation,mais également pour la réalisation d’éléments légers :blocs coffrants, blocs de remplissage, dalles, ourechargements sur planchers peu résistants.

L’adéquation granulats/béton

Les granulats présentent des caractéristiques trèsdifférentes selon leur origine.Ces caractéristiques influant sur celles du béton, ilimporte de bien les connaître et de veiller au respectdes spécifications prévues par la réglementation.On peut présenter sous forme de tableau l’influenceque peuvent avoir sur le béton un certain nombre de caractéristiques géométriques et physiques des granulats.

Quels granulats employer pour le béton ?

Si la plupart des roches conviennent à la productionde granulats pour bétons, certaines nécessitent desessais préalables en laboratoire pour apprécier leuraptitude à l’emploi.On peut faire une première approche du choix des gra-nulats aptes à être employés, selon la roche d’origine.

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APTITUDES DES PRINCIPAUX GRANULATS À LEUR EMPLOI POUR LE BÉTON SELON LA ROCHE D'ORIGINE

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Extraits des carrières, les granulats sont stockés

suivant leurs classes granulaires. La variété

de leurs dimensions et de leurs coloris

donnent aux bétons leurs teintes

et leurs textures.

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Le choix des granulats selon la fonction du béton

La variété des fonctions remplies par le bétonconduit à adopter des granulats qui, selon le cas,présenteront des caractéristiques d’aspect, de den-sité, de résistance mécanique différentes.Les granulats les plus couramment employés sontmentionnés dans le tableau suivant.

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Historique

Dès les origines de la fabrication du béton de cimentPortland, commencent les recherches sur l’incorpo-ration de produits susceptibles d’améliorer certainesde ses propriétés.On cherche à agir sur les temps deprise, les caractéristiques mécaniques et de mise enœuvre, l’étanchéité.Dès 1881, Candlot étudie l’action des accélérateurset des retardateurs de prise. Le sucre est déjà connucomme retardateur de prise et souvent employé àpartir de 1909.Entre 1910 et 1920 débute la commercialisationd’hydrofuges et d’accélérateurs à base de chlorurede calcium.A partir de 1930, les entraîneurs d’air sont fréquem-ment utilisés. Ils seront suivis par les antigels et lesproduits de cure.Depuis 1960, avec le développement du bétonmanufacturé et du béton prêt à l’emploi, les adju-vants prennent une place grandissante.Le contrôle des adjuvants est vite devenu unenécessité. En 1964, est créée la COPLA (Com-mission Permanente des Liants hydrauliques et desAdjuvants du béton). Elle était chargée de l’agrémentet du contrôle des adjuvants ayant une réelle effica-cité et pouvant être employés en toute sécurité etd’en établir la liste officielle.Le développement des normes d’adjuvants à partirde 1972 a abouti en 1984 à la mise en place d’unecertification par la marque NF Adjuvants, véritablelabel de qualité. La liste des adjuvants bénéficiant dela marque NF est publiée régulièrement par l’AFNOR.Il faut enfin préciser que les adjuvants ont permisdes progrès considérables en matière de bétons etd’étendre leur champ d’application.

Le rôle des adjuvants

Ainsi que le définit la norme NF EN 934-2, un adju-vant est un produit dont l’incorporation à faible dose(inférieure à 5 % de la masse de ciment) aux bétons,mortiers ou coulis lors au malaxage ou avant la miseen œuvre, provoque les modifications recherchées detelle ou telle de leurs propriétés, à l’état frais ou durci.Sont donc exclus du domaine des adjuvants au sensde la norme, les produits ajoutés au moment dubroyage du clinker ou les produits dont le dosagedépasserait 5 % du ciment (poudres pouzzolaniquespar exemple).

L’emploi d’un adjuvant ne peut entraîner une diminu-tion de certaines caractéristiques du béton que dansles limites précisées par la norme. Il ne doit pas nonplus altérer les caractéristiques des armatures dubéton ou des aciers de précontrainte.Chaque adjuvant est défini par une fonction princi-pale et une seule, caractérisée par la ou les modifi-cations majeures qu’il apporte aux propriétés desbétons, des mortiers ou des coulis, à l’état frais oudurci.L’efficacité de la fonction principale de chaque adju-vant peut varier en fonction de son dosage et descomposants du béton.Un adjuvant présente généralement une ou plusieursfonctions secondaires qui sont le plus souvent indé-pendantes de la fonction principale. L’emploi d’unadjuvant peut aussi entraîner des effets secondairesnon directement recherchés.Ainsi un adjuvant réducteur d’eau peut avoir unefonction secondaire de retardateur de prise.

La classification

La norme NF EN 934-2 classe les adjuvants pourbétons, mortiers et coulis, suivant leur fonction prin-cipale.On peut distinguer trois grandes catégories d’adju-vants :• ceux qui modifient l’ouvrabilité du béton : plasti-fiants-réducteurs d’eau, superplastifiants (ancienne-ment fluidifiants) ;• ceux qui modifient la prise et le durcissement :accélérateurs de prise, accélérateurs de durcisse-ment, retardateurs de prise ;• ceux qui modifient certaines propriétés particu-lières : entraîneurs d’air, générateurs de gaz, hydro-fuges de masse, colorants.Il faut y ajouter les produits de cure, qui ne sont pasà proprement parler des adjuvants, dont la fonctionest de protéger le béton pendant son durcissement.

Les adjuvants modifiant l’ouvrabilité du béton

Ces adjuvants modifient le comportement rhéolo-gique des bétons, mortiers et coulis à l’état frais, avant le début de prise. Ils abaissent le seuil decisaillement de la pâte et en modifient la viscosité.

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3.2 Les adjuvants

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La frontière entre les différents types d’adjuvants decette famille n’est pas toujours très nette, les effetsrecherchés sont très proches et les différences obte-nues sont souvent une question de nuances liéesaux dosages préconisés.

■ Les plastifiants réducteurs d’eau (NF EN 934-2)

Ces adjuvants ont pour fonction principale, à mêmeouvrabilité, de conduire à une augmentation desrésistances mécaniques par une réduction de lateneur en eau d’un béton, mortier ou coulis.Ils sont à base de lignosulfonates, de sels d’acidesorganiques, de mélamine sulfonate, de naphtalènesulfonate et dérivés de mélamine ou naphtalène.La diminution de la teneur en eau – de 10 à 35 litrespar m3 de béton – entraîne une augmentation de sacompacité, par conséquent de sa durabilité. Cetteamélioration des caractéristiques résulte de la dimi-nution des vides dus à l’excès d’eau.Ces adjuvants trouvent leur emploi dans l’industrie dubéton manufacturé, qui exige des bétons fermes,pouvant être démoulés rapidement, dans les grandstravaux de génie civil nécessitant des résistances éle-vées, ainsi que pour le bétonnage avec coffrages glis-sants.

■ Les superplastifiants (NF EN 934-2)

Introduits dans un béton, un mortier ou un coulis, engénéral peu avant sa mise en œuvre, ils ont pourfonction principale de provoquer un fort accroisse-ment de l’ouvrabilité du mélange.Ce sont en général des produits de synthèse orga-nique. Les plus utilisés sont les dérivés de méla-mines ou de naphtalène. Ils peuvent être aussi fabri-qués à partir de sous-produits de l’industrie du boispurifiés et traités (lignosulfonates).Sur le béton frais, on constate une augmentationconsidérable de l’ouvrabilité pour une même teneuren eau. Ces effets ont une durée fonction de la tem-

pérature, de la teneur en eau et du dosage enciment. Il n’y a ni ségrégation, ni ressuage si des pré-cautions sont prises à la mise en œuvre ; la cohésiondu béton reste très bonne.Les superplastifiants sont particulièrement utilespour la réalisation des fondations, dallages, radiers,sols industriels, routes, etc., et pratiquement indis-pensables pour la confection des bétons de hautesperformances. Ils sont couramment utilisés dans lebéton prêt à l’emploi, surtout lorsqu’il est pompé.

Les adjuvants modifiant la prise et le durcissement

Ces adjuvants sont des produits chimiques, quimodifient les solubilités des différents constituantsdes ciments et surtout leur vitesse de dissolution.Physiquement, cette action se traduit par l’évolutiondu seuil de cisaillement dans le temps, en fonctionde l’adjuvant utilisé (graphique ci-dessous).

■ Les accélérateurs de prise et de durcissement (NF EN 934-2)

L’accélérateur de prise a pour fonction principale dediminuer les temps de début et de fin de prise duciment dans les bétons, mortiers ou coulis.L’accélérateur du durcissement a pour fonction prin-cipale d’accélérer le développement des résistancesinitiales des bétons, mortiers ou coulis.Bien souvent les deux fonctions précédentes sontliées et l’on retrouve l’une de ces deux fonctionscomme effet secondaire de l’autre.Les adjuvants correspondant aux deux normes men-tionnées ne contiennent pas de chlore ; les consti-tuants sont généralement des dérivés de la soude,de la potasse ou de l’ammoniaque.Ils sont à recommander pour les bétonnages partemps froid, les décoffrages rapides, les scelle-ments, les travaux en galerie, les travaux sous l’eau, etc.Les accélérateurs chlorés ne sont pas soumis à lamarque NF adjuvants, leur utilisation est régie par le DTU 21-4 qui fixe leurs conditions d’utilisations.

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Il est à noter qu’un béton fortement accéléré, chimi-quement ou thermiquement, risque d’avoir une résis-tance mécanique finale légèrement diminuée.

■ Les retardateurs de prise (NF EN 934-2)

Introduits dans l’eau de gâchage, ils ont pour fonc-tion principale d’augmenter le temps de début deprise et le temps de fin de prise du ciment dans lebéton, le mortier ou le coulis.Ils sont à la base de lignosulfonates, d’hydrates decarbone ou d’oxydes de zinc ou de plomb.En général, les retardateurs freinent la diffusion dela chaux libérée par l’hydratation du ciment et retar-dent de ce fait la cristallisation. Par rapport autémoin, l’augmentation du temps de début de priseest comprise entre une heure et deux heures.Au-delà de vingt-huit jours et souvent même dans undélai plus court, les résistances mécaniques sont engénéral augmentées par rapport au témoin.Les retardateurs de prise sont particulièrementrecommandés pour les bétonnages par tempschaud, pour le béton prêt à l’emploi, les bétonnagesen grande masse et la technique des coffrages glis-sants. Ils permettent aussi de faciliter les reprises debétonnage.

Les adjuvants modifiant certaines propriétés du béton

■ Les entraîneurs d’air (NF EN 934-2)

Ils ont pour fonction d’entraîner la formation dans lebéton, le mortier ou le coulis, de microbulles d’airuniformément réparties dans la masse.Les entraîneurs d’air sont des corps tensio-actifs :lignosulfonates, abiétates de résines, sels d’éthano-lamine, que l’on mélange en fonction des propriétésà obtenir.Le béton durci contient naturellement une certainequantité d’air provenant, soit d’un entraînement lorsdu malaxage, soit de l’évaporation de l’eau degâchage non fixée (création d’une porosité). Cet air

(de l’ordre de 20 l/m3, soit 2 %) est réparti de maniè-re aléatoire et certains vides peuvent nuire aux résis-tances du béton.L’entraîneur d’air permet d’en entraîner un volumesupérieur et de le répartir uniformément. La résis-tance au gel du béton durci, ainsi que sa résistanceaux sels de déverglaçage et aux eaux agressives,sont considérablement améliorées.Les microbulles qui coupent les réseaux des capil-laires limitent le développement des contraintesdues au gel de l’eau interstitielle.L’utilisation des entraîneurs d’air pour les bétons rou-tiers est obligatoire en France.La valeur de l’air occlus doit être comprise entre 4 et 6 %.Il est recommandé de coupler l’utilisation d’un plasti-fiant à tout emploi d’entraîneur d’air.

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Adjuvants normalisés modifiant la résistance au gel/dégel et aux milieux agressifs. (extrait du guide SYNAD).

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■ Les hydrofuges de masse (NF EN 934-2)

Les hydrofuges de masse ont pour fonction princi-pale de diminuer l’absorption capillaire des bétons,mortiers ou coulis durcis.Cette diminution de l’absorption capillaire procureune bonne étanchéité au béton qui peut néanmoinsse modifier au bout de quelques années. Les hydro-fuges sont généralement à base d’acides gras oudeleurs dérivés (stéarates). Ils peuvent égalementcomporter des matières fines (type bentonite) ainsique des agents fluidifiants.

Leur action est très variable suivant leurs composi-tions, leurs dosages et les types de bétons auxquelsils sont incorporés. Les temps de prise peuvent êtreaugmentés. L’efficacité dépend de la nature duciment. Cependant, il convient de se rappeler qu’ilsne peuvent pas rendre étanche un mauvais béton,mal composé, présentant des vides importants oudes hétérogénéités.Ils sont utilisés pour les bétons d’ouvrages hydrau-liques (canaux, murs de fondation, retenues d’eau...)et les mortiers d’étanchéité (chapes, joints demaçonnerie, galeries de tunnels).

■ Les rétenteurs d’eau (NF EN 934-2)

Ces produits ont pour fonction de réguler l’évapora-tion de l’eau et d’augmenter ainsi, l’homogénéité etla stabilité du mélange.Le ressuage par l’action de ces stabilisants est réduitde 50 %. La rhéologie du béton frais est amélioréemême dans le cas d’une diminution du volume desfines. La diminution des résistances à 28 jours parrapport à un béton témoin est de l’ordre de 20 %.Ces produits, qui sont, entre autres, des agents col-loïdaux ou des dérivés de la cellulose sont utiliséspour l’exécution de mélanges retardés ou demélanges à couler sous l’eau sans délavage.

Les produits de cure

Les produits de cure ont pour effet de protéger lebéton frais pendant un certain temps après sa miseen œuvre, en évitant sa dessiccation par évapora-tion trop rapide de l’eau. Celle-ci entraînerait unebaisse des résistances mécaniques, la formation defissures profondes de retrait avant prise, un pou-droiement et un déchaussement des granulats.Ces produits sont à base de résines, cires ou paraf-fines en émulsion aqueuse, de résines naturelles ousynthétiques, de cires ou de paraffines dissoutesdans un solvant pétrolier, de caoutchouc chloré.Les produits de cure sont des produits que l’on peutpulvériser sur le béton frais. Il se forme après appli-cation un film continu imperméable qu’il faudra par lasuite éliminer par brossage si un revêtement doitêtre appliqué sur le béton.Ils sont particulièrement recommandés pour lesbétonnages de routes, pistes, dallages, planchers etgénéralement tous les ouvrages pour lesquels lerapport surface d’évaporation/épaisseur est élevé.

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La création d’un réseau réparti de micro-bulles d’air, accroît considéra-blement la résistance au gel du béton en diminuant les tensions internesdans les capillaires.

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Les plastifiants et superplastifiants améliorent l’ouvrabilité du béton.

Les accélérateurs de prise et de durcissement permettent le bétonnage par temps froid.

Les entraîneurs d’air forment des microbulles dans le béton qui améliorent sa résistance au gel.

Les hydrofuges de masse empêchent l’eau de pénétrer dans le béton et protègent également

des salissures (les deux photos en bas :immeubles en béton non hydrofugé

et en béton hydrofugé).

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Les producteurs d’adjuvants

Les producteurs d’adjuvants ayant une gamme plusou moins développée des produits décrits précé-demment et qui bénéficient de la marque NFAdjuvants, sont adhérents au Syndicat National desAdjuvants pour Béton et Mortiers – SYNAD, 3, rueAlfred-Roll, 75017 Paris.

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NotaLes passages en italique sont des citations de lanorme.

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Un procédé de renforcement ancien,une voie nouvelle pour le béton

Les fibres naturelles ont été utilisées depuis bienlongtemps, pour renforcer des matériaux très divers :terre, plâtre, brique..., mais l’association avec leciment, le mortier ou le béton est un procédé relati-vement récent.Le brevet sur l’amiante ciment date de 1902, les pre-miers emplois de fibres d’acier interviennent en1923. Les fibres de verre, bien que connues depuisle début du siècle, n’ont fait l’objet d’essais d’incor-poration au béton qu’à partir de 1950.Aujourd’hui, le renforcement du mortier ou du bétonpar des fibres constitue une voie nouvelle dans ledomaine des matériaux composites, dont les appli-cations sont très variées.Les composites « ciment fibres » et « béton fibres »sont une avancée technologique importante dans denombreux domaines du bâtiment et des travauxpublics : panneaux minces, panneaux décoratifs,encadrements, dallages, voûtes de galeries, isola-tion, réparation...

Le rôle des fibres

Pour bien comprendre le rôle joué par les fibres, ilfaut préciser que le terme « fibre » est ici réservé àdes matériaux d’une longueur d’environ 60 mm(fibres « courtes »), par opposition aux armatures dubéton armé (barres, rubans, treillis soudés).Les fibres ont généralement pour rôle de renforcerl’action des armatures traditionnelles en s’opposantà la propagation des microfissures.Selon les caractéristiques présentées par les fibres,la rupture du béton évolue plus ou moins d’un com-portement fragile vers un mode de type ductile.

Selon les fibres utilisées et les ouvrages auxquelselles sont incorporées, ce rôle se traduit par desaméliorations relatives à :• la cohésion du béton frais ;• la déformabilité avant rupture (rupture ductile) ;• la résistance aux chocs ;• la résistance à la fatigue ;• la résistance à l’usure ;• la résistance mécanique du béton aux jeunes âges ;• la réduction des conséquences du retrait par effetde couture des fissures et microfissures.Grâce à leurs propriétés, les fibres permettent demieux mobiliser la résistance intrinsèque du bétonavec comme conséquence une réduction des sec-tions, de réaliser des pièces minces de grandesdimensions et de donner une plus grande libertéarchitecturale.

Les caractéristiques comparées des fibres

Pour apprécier l’apport des fibres au béton et leurinfluence sur ses lois de comportement, il importe deconnaître leurs caractéristiques, aussi bien géomé-triques que mécaniques.En effet, si comme on vient de le voir, les fibres ontun rôle qui apparaît commun, il se traduit par desrésultats, donc des applications différentes en fonc-tion de leur nature.

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3.3 Les fibres

Les fibres s’opposent à la propagation des microfissures.

Les fibres courtes contournéespar la fissure

Verrouillage d'une fissurepar des fibres longues

Fibres métalliques.

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Les différentes fibres actuellement disponibles peu-vent être classées selon leur origine en :• fibres naturelles minérales et végétales : amiante,cellulose ;• fibres synthétiques d’origine minérale : verre, car-bone, fibres métalliques ;• fibres synthétiques organiques : polyamides, poly-propylène, acrylique, kevlar, aramide.Les propriétés géométriques et mécaniques de cesdifférentes fibres sont récapitulées dans le tableausuivant.

Les fibres de verre « E » et « AR »

Les fibres « E » sont les fibres de verre classique àforte teneur en bore. Elles présentent de bonnescaractéristiques mécaniques, mais sont sensiblesaux alcalis libérés par l’hydratation du ciment.Leur emploi dans le béton nécessite donc l’incorpo-ration de polymères ou autres ajouts au mélange, aumoment du gâchage, qui ont pour fonction d’enroberla fibre et de la protéger de l’attaque alcaline.Les fibres « AR » (alcali-résistantes) sont obtenuesavec un verre riche en zirconium moins sensible auxalcalis.Un traitement d’ensimage (dépôt d’un produit deprotection) améliore encore leur tenue.

■ Propriétés des fibres de verreLes caractéristiques mécaniques élevées de cesfibres ont déjà été mentionnées : 3 000 MPa et pluspour la résistance à la traction.Il faut également souligner leur excellente résistanceau feu (jusqu’à 800 °C). Ce critère ajouté à un coef-ficient de dilatation du même ordre que celui de lapâte de ciment confère aux bétons de fibres de verreune bonne résistance au feu.Les essais en cours doivent permettre d’améliorerl’évolution des caractéristiques du béton de fibres deverre lors de son vieillissement.

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Il est en effet important de pouvoir conserver aubéton de fibres une grande part de sa déformabilitéd’origine (allongement 0,8 à 1 %), qui est l’un de sesprincipaux avantages.

■ Élaboration des mortiers ou bétons de fibres de verre

« Premix »

Ce procédé consiste à fabriquer un mortier dans unmalaxeur et à y ajouter 4 à 5 % en poids de fibres deverre coupées (entre 15 et 60 mm de longueur). Cemélange peut être moulé ou pressé, mais dans tousles cas la vibration doit être de faible amplitude pourmaintenir une répartition homogène des matériaux.

Projection

On utilise un pistolet pneumatique permettant deprojeter simultanément le mortier déjà prémélangéet la fibre approvisionnée en bobines tressées (stra-tifils), qui est automatiquement coupée et disperséedans le flux de mortier.Le débit et l’orientation du pistolet permettent à unopérateur expérimenté de contrôler l’épaisseur etl’homogénéité de la couche de béton projeté.

■ ApplicationsSur chantier, les mortiers de fibres de verre s’utili-sent pour les enduits extérieurs monocouches, ainsique pour certains procédés d’isolation thermique.En préfabrication, les domaines d’application sonttrès vastes :• panneaux de façade minces de 10 à 15 mmd’épaisseur ou panneaux sandwich à isolant incor-poré ;• éléments de bardage et éléments décoratifs ;• mobilier urbain ;• éléments divers : coffrets, coffrages, habillages ;• produits d’assainissements : tuyaux, caniveaux...

Fibres métalliques

■ Les types de fibres

Les fibres métalliques, notamment d’acier, ont donnélieu à de nombreuses recherches pour développerleur emploi dans le béton.La recherche de l’adhérence au béton a donné nais-sance à une grande variété de fibres susceptibles,par leur forme ou leur état de surface, de mieux s’an-crer dans le béton :• fils étirés et coupés, ondulés crantés, torsadés,avec crochets...• fibres usinées à surface rugueuse ;• fibres de fonderie.La fibre de fonte se présente sous forme d’un minceruban de 30 µm d’épaisseur.

■ Propriétés des fibres métalliques

Elles présentent une très bonne compatibilité avec lebéton. Certaines fibres sont inoxydables ou traitéescontre la corrosion, en vue de certains usages parti-culiers.

■ Applications

Du fait de leurs propriétés, les fibres trouvent unvaste domaine d’applications là où on veut réduireles risques de fissuration, espacer les joints deretrait, augmenter la résistance aux chocs et tirerparti de l’amélioration de la résistance en tractionpour diminuer le dimensionnement des pièces :• dallages, parkings, pistes ;• bétons projetés en galeries, tunnels, talus ;• éléments préfabriqués divers : tuyaux, caniveaux,garages...• pieux de fondation.

■ Les bétons de fibres métalliques

Le mélange des fibres métalliques au béton doit êtreparticulièrement soigné, certaines fibres ayant ten-dance à s’agglomérer. L’incorporation des fibres peutêtre faite soit au malaxage, soit au moment du cou-lage, soit à la projection.La composition du béton doit être mise au point enfonction des caractéristiques de la fibre et desemplois.L’emploi de superplastifiant est en particulier recom-mandé pour compenser la diminution d’ouvrabilitéprovoquée par l’incorporation de fibres.La mise en œuvre et le compactage doivent être étu-diés pour le béton considéré et en fonction de samaniabilité qui diffère généralement de celle desbétons classiques sans fibres.Les dosages en fibres sont de l’ordre de 0,3 à 2 %en volume, soit 25 à 160 kg/m3 de béton.

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Évolution de la déformabilité d’un béton de fibres de verre au cours deson vieillissement (GRC classique).

« EC » : test de vieillessement à l'eau chaude.

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Les fibres de polypropylène

■ Nature des fibres

Bien qu’il existe d’autres fibres dérivées des plas-tiques (fibres acryliques, aramides...), on a privilégiéici les fibres de polypropylène qui sont actuellementles plus utilisées en France.Obtenues par extrusion du polypropylène, les fibresse présentent en faisceaux qui se séparent lors dumalaxage et se répartissent de façon multidirection-nelle.

■ Propriétés des fibres de polypropylène

Si leurs caractéristiques mécaniques ont des valeursplus faibles que celles des fibres métalliques, il fautcependant mentionner leur insensi-bilité chimique,leur souplesse, qui rend aisée leur incorporation aubéton et leur allongement à rupture (15 à 20 %), quifavorise la « ductilité » du béton.Comme la plupart des matières plastiques, les fibresde polypropylène sont peu résistantes au feu : leurtempérature de fusion est d’environ 160 °C, mais leurfusion n’affecte pas la résistance du béton.

■ Les bétons de fibres de polypropylène

La fabrication du béton avec fibres de polypropylènene soulève aucune difficulté, la répartition des fibresse faisant facilement et ne nécessitant pas de pré-caution particulière lors du malaxage.Les fibres de polypropylène améliorent la maniabili-té du béton et sa cohésion.Ces propriétés sont intéressantes pour les pièces àdémoulage immédiat (bordures, tuyaux) en mêmetemps qu’elles améliorent l’aspect et la précision desangles, des tranches ou arêtes des pièces mouléesou des dallages.Le grand avantage des bétons de fibres de polypro-pylène est leur bonne résistance à la fissuration dueau « premier retrait », ainsi que leur résistance auxchocs.Les dosages couramment pratiqués sont de l’ordrede 0,05 à 0,2 % en volume, (0,5 à 2 kg de fibres parm3 de béton).

■ Applications

Des propriétés précédentes découlent les applica-tions des bétons de fibres de polypropylène :• dallages industriels et chaussées ;• pièces préfabriquées (panneaux décoratifs) ;• sculptures ;• éléments réalisés avec coffrages glissants ;• mortiers projetés ;• enduits.

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PARTIE 4

LES MORTIERS

ET COULIS

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Qu’est-ce que le mortier ?

Une construction est généralement réalisée par élé-ments, dont il faut assurer la liaison ou qu’il faut pro-téger par un revêtement.On doit alors effectuer des scellements ou divers tra-vaux de reprise, de bouchage, etc.Toutes ces opérations se font à l’aide d’un liant tou-jours mélangé à du sable, de l’eau – et éventuelle-ment un adjuvant – pour obtenir un « mortier », quise distingue du béton par l’absence de gravillons.Des compositions multiples de mortiers peuvent êtreobtenues en jouant sur les différents paramètres :liant (type et dosage), adjuvants et ajouts, dosage eneau. En ce qui concerne le liant, tous les ciments etles chaux sont utilisables ; leur choix et le dosagesont fonction de l’ouvrage à réaliser et de son envi-ronnement.Les mortiers bâtards sont constitués par desmélanges de ciment et de chaux avec du sable, dansdes proportions variables. Les chaux apportent leurplasticité, les ciments apportent la résistance méca-nique et un durcissement plus rapide.Les mortiers peuvent être :• préparés sur le chantier en dosant et en mélan-geant les différents constituants, adjuvants compris,• préparés sur le chantier à partir de mortiers indus-triels secs prédosés (il suffit d’ajouter la quantitéd’eau nécessaire),• livrés par une centrale : ce sont des mortiers prêtsà l’emploi, dont les derniers nés, les mortiers retardésstabilisés, ont un temps d’emploi supérieur à 24 h.Les mortiers industriels se sont beaucoup dévelop-pés ces dernières années, permettant d’éviter lestockage et le mélange des constituants sur deschantiers parfois exigus et difficiles d’accès : rénova-tion, travaux souterrains.Le marché du bricolage a profité du développementdes mortiers prémélangés. On peut aujourd’hui trouver dans les surfaces de bricolages des mortiers

répondant à tous les besoins non seulement par lanature du produit, mais aussi par son conditionne-ment plus adapté : sacs de 5 à 25 kg.

Les mortiers de chantier et les mortiers prêts à l’emploi

■ Les mortiers fabriqués sur le chantier

L’entreprise qui fabrique sur le chantier son mortierdoit choisir correctement le liant en fonction de sontype et de sa classe, le ou les sables, la teneur eneau (pour obtenir la plasticité désirée) et les adju-vants adaptés à la destination du mortier.

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4.1 Les mortiers et coulis –généralités

Le mortier est souvent préparé sur le chantier. Des mélangeursappropriés permettent aujourd’hui sa fabrication dans des condi-tions garantissant le respect de la composition grâce au dosagedes constituants.www.allislam.net

Les sables utilisés sont généralement siliceux ou silico-calcaires ; leur granulométrie est de préférencecontinue.Les dosages se feront en poids plutôt qu’en volumecomme c’est souvent le cas, afin d’éviter les erreursde dosage, par suite de l’augmentation de volume dusable humide (foisonnement).Les mortiers peuvent comporter différents typesd’adjuvants :• réducteurs d’eau-plastifiants ;• plastifiants ;• entraîneurs d’air ;• modificateurs de prise (retardateurs, accéléra-teurs) ;• hydrofuges.Dans tous les cas des soins particuliers doivent êtrepris afin d’obtenir des mortiers sans ressuage,homogènes d’une gâchée à l’autre.Le dosage en liant, (ciment ou chaux, ou mélangedes deux) le plus généralement employé est de 300à 400 kg/m3 de sable. Pour un sable courant et unciment Portland utilisé au dosage de 400 kg/m3 desable, la quantité d’eau de gâchage nécessaire pourobtenir un bon mortier d’usage courant est de l’ordrede 200 litres au maximum, qu’on a intérêt à diminuerpar l’emploi de réducteur d’eau ou de plastifiant.

■ Les mortiers industriels secs prémélangés

Comme la plupart des produits industriels, ces mor-tiers font l’objet de contrôles à tous les stades de leurélaboration par le fabricant, ce qui constitue pourl’utilisateur une sécurité.Les autres avantages présentés par ces produitssont les suivants :• prédosage de composition constante, garant derégularité et de qualité ;• pas d’approvisionnement et de stockage sur placedes constituants (sables, liants, adjuvants) ;• perte de temps limitée (appréciable dans le cas detravaux à effectuer rapidement et lorsque la place faitdéfaut) ;• chantiers plus propres.Les producteurs proposent de nombreuses formulesstandard répondant à la plupart des besoins. Ils peu-vent également étudier des compositions de mortieradaptées, donnant les performances optimalesrequises pour chaque usage.Ces mortiers reçoivent le plus souvent un ou plu-sieurs adjuvants en poudre, afin de modifier les pro-priétés rhéologiques, les temps de prise, la durabili-té, l’aspect (mortiers colorés) ou leur adhérencegrâce à l’ajout de résines vinyliques ou acryliques.Ces mortiers sont conditionnés en sacs de 50 ou40 kg. Ces dernières années, il est apparu des sacsde 25 et 10 kg pour les petits travaux et le bricolage.

■ Les mortiers frais retardés,stabilisés, prêts à l’emploi

Depuis quelques années est apparue une nouvellegénération de mortiers livrés par les centrales debéton prêt à l’emploi : les mortiers frais retardés etstabilisés. Du fait qu’ils sont retardés, ces mortierspeuvent être livrés et stockés en quantité importante.On peut les utiliser dans un délai allant jusqu’à 36 hsans avoir le souci de préparer de nombreusespetites gâchées.Très maniables et homogènes, ils possèdent desrésistances très largement suffisantes pour les tra-vaux auxquels ils sont destinés : maçonnerie et join-toiement. Lorsqu’ils sont étalés en couche mince, laprise de ces mortiers est accélérée (effet d’absorp-tion d’eau par le support et perte par évaporation).

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Mortier de jointoiement produit par silo mélangeur.

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Ces mortiers permettent, comme le béton prêt àl’emploi, de simplifier et d’améliorer les conditions detravail, en évitant les pertes de temps.Ils sont en général livrés dans des auges ou desbacs non absorbants, de 250 à 500 litres de capa-cité. Ces bacs restent sur le chantier, ce qui four-nit un stockage commode et une complète dispo-nibilité.

■ Les mortiers de fibres

L’incorporation de fibres de verre ou de polypropyl-ène permet d’obtenir des mortiers présentant unecohésion supérieure et moins fissurables. Ce sont soitdes mortiers prémélangés, livrés en sac, soit des mor-tiers prêts à l’emploi, livrés par certaines centrales.

Les emplois des mortiers

■ Les joints de maçonnerie

La construction réalisée en éléments maçonnés(blocs de béton, pierres de taille, briques), nécessiteleur assemblage avec un mortier qui doit présenterdes caractéristiques mécaniques suffisantes pourassurer la transmission des charges et une compa-cité suffisante pour être étanche.On a généralement intérêt à utiliser des mortiers neprésentant pas un module d’élasticité trop élevé, defaçon à pouvoir s’adapter aux variations dimension-nelles des éléments qu’il liaisonne sans fissurer.Les mortiers de joints constituent donc un maillonimportant de la maçonnerie, qui doit être bien étudiéet bien mis en œuvre pour assurer la fonction qui luiest dévolue. C’est notamment le cas de la maçonne-rie apparente.La norme XP P 10-202 - 1 (DTU 20) « Maçonnerie,béton armé, plâtre » fournit des indications sur lesdosages préconisés pour les mortiers de jointoiement,ainsi que les préconisations pour leur mise en œuvre.

■ Les enduits

Ce domaine d’application, qui constitue l’un des plusvastes débouchés des mortiers, fait l’objet du cha-pitre 4.2.Rappelons simplement qu’à côté des enduits tradi-tionnels en trois couches décrits dans la norme P 15-201 (DTU 26.1), se développent aujourd’hui lesenduits monocouches épais, ainsi que les enduitsisolants considérés encore comme non traditionnels.Ces produits font l’objet d’une procédure d’Avis tech-nique par le CSTB.

■ Les chapes

Les chapes ont pour fonction d’assurer la mise àniveau du dallage et la régularité de sa surface. Leschapes peuvent constituer la finition : on y incorporealors souvent des produits spécifiques. Elles peuventaussi constituer le support d’un revêtement de sol.Les chapes doivent présenter une résistance suffi-sante pour assurer la transmission des charges ausupport, et parfois résister à l’abrasion ou au poin-çonnement (sols industriels).Adhérente ou flottante, la chape peut égalementavoir une fonction thermique ou acoustique.

Ces ouvrages sont décrits dans la norme P 14-201 « DTU 26.2. Travaux de bâtiment. Chapes et dalles àbase de liants hydrauliques. ». Le chapitre 4.3 leur estconsacrée.

■ Les scellements et les calages

La multiplicité des problèmes de scellement et decalage a conduit les producteurs de mortiers indus-triels à mettre au point des produits spécifiquesadaptés aux travaux à réaliser : scellements d’élé-ments de couverture, scellements d’éléments desecond œuvre, scellements de mobiliers urbains,scellements de regards de visite, assemblage d’élé-ments préfabriqués...Ces applications sont décrites dans le chapitre 4.4.

Les coulis

Le coulis est un mélange fluide, à base de chargesfines inférieures à 0,3 mm, de liants hydrauliques etd’adjuvants.Outre les liants classiques, il existe aussi des liantsspéciaux pour coulis d’injection.Les charges sont constituées par des suspensionsd’argile, de bentonite (argile colloïdale).Les domaines d’utilisation des coulis sont les rem-plissages de cavités et fissures dans les roches, lessols ou les ouvrages béton ou maçonneries.

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Réglage d’une chape (le mortier est ici coloré grâce à des pigments minéraux).

Serrage d’un enduit à la spatule.

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Les techniques particulières de mise en œuvre

Les techniques traditionnelles sont développéesdans les chapitres correspondant aux différentsdomaines d’emploi (4.2, 4.3 et 4.4). On ne cite doncici que deux techniques qui intéressent de nom-breuses applications : la projection et l’injection.

■ La projection

Fabriqués sur chantier ou plus généralement prédo-sés, les mortiers projetés comportent, outre le liant etle sable habituels, des adjuvants spécifiques amélio-rant l’adhérence, des charges (silice, carbonate...), etparfois des fibres (verre, polypropylène, acier).Projeté à l’aide de machines le plus souvent à aircomprimé, le mortier est plus compact, adhèremieux au support et se prête bien à son applicationsur des parties d’ouvrages difficiles d’accès et deforme irrégulière. La suppression de manipulationsdélicates et pénibles, ainsi que les gains de produc-tivité, expliquent le succès du mortier projeté dansde nombreuses applications :– enduits monocouches, enduits isolants ;– revêtements de voûtes, en galeries, consolidationde talus ;– travaux de réparation, etc.

■ L’injection de mortiers ou coulis

L’injection de mortier n’intéresse que certains typesde travaux où les cavités à remplir sont suffisammentlarges. Il est nécessaire que le diamètre maximumdes grains de sable les plus gros ne dépasse pas le1/5 des vides les plus fins à remplir. S’il n’en était pasainsi, il faudrait utiliser des coulis d’injection.Comme dans le cas des coulis de ciment, le mortierd’injection doit être constitué de façon à être le plus« injectable » possible : grande fluidité pour un res-suage modéré (et, partant, une bonne stabilité, peude ségrégation).Les applications de l’injection sont essentiellement leremplissage de cavités, gaines, enveloppesdiverses, ou plus généralement les vides d’accès dif-ficile. L’injection est généralement pratiquée pourcertains travaux sous l’eau, avec des formules demortier étudiées pour éviter le délavage.

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Deux techniques de projection : le pot de projection et la machi-ne à projeter équipée d’une lance.

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Rôle de l’enduit

Les enduits aux mortiers de liants hydrauliques sontutilisés aussi bien pour les travaux neufs que pour laréfection de façades.Les enduits remplissent plusieurs rôles :• un rôle de protection du gros œuvre contre lesintempéries ;• un rôle d’imperméabilisation, tout en laissant « res-pirer » le support ;• un rôle esthétique (aspect et couleur).Les enduits habillent le gros œuvre en le protégeant.Ils constituent la finition extérieure visible de laconstruction.

Les types d’enduits

Les enduits classiques à base de liants hydrauliquesont une épaisseur de l’ordre de 2 à 3 cm. Ils se dis-tinguent les uns des autres par :• leur aspect, leur relief, leur teinte ;• leur composition (liant, sable, adjuvants, colorants,charges diverses...) ;• leur mode d’application : en trois couchesmanuelles ou en deux couches par projection méca-nique ; ils sont traditionnels et relèvent de la normeNF P 15-201 « DTU 26.1.Travaux de bâtiment.Enduitsaux mortiers de ciments, de chaux et de mélange plâtreet chaux aérienne. ».Les enduits se sont diversifiés grâce à l’apparition deliants et d’adjuvants mieux adaptés et grâce aux per-fectionnements des appareils de projection.Pour des raisons de rapidité de mise en œuvre, lesenduits ont évolué et donné naissance à une nou-velle famille : les enduits monocouche, dont le déve-loppement a été favorisé par leur industrialisation.

La préparation du support

De la bonne préparation du support vont dépendrel’adhérence de l’enduit et son aspect final.Les enduits sont appliqués sur des supports denature très différentes : maçonnerie de pierres, debriques ou de blocs en béton, béton banché brut dedécoffrage, béton de granulats légers, béton cellulai-re, fibres-ciment, bois. Certains supports permettentune application directe, c’est le cas de la brique, desblocs en béton, des maçonneries de pierre.

D’autres supports nécessitent un traitement préa-lable.Dans tous les cas, le support :• doit être débarrassé des poussières et des selséventuels, être sans trace de plâtre (formation desulfo-aluminate de chaux expansif avec le ciment) ;• s’il n’est pas assez rugueux, doit être traité brosséet peigné pour permettre un bon accrochage de l’en-duit ;• doit être suffisamment humidifié avant la projectionde la première couche d’accrochage (parfois plu-sieurs humidifications sont à prévoir un jour ouquelques jours à l’avance).Cette humidification doit être d’autant plus pousséeque l’atmosphère ambiante favorise le séchage(chaleur, vent).La préparation est également fonction de l’ancienne-té des murs.

■ Supports neufs

Les travaux d’enduit ne doivent être commencés quesur des maçonneries terminées depuis un délai mini-mum d’un mois et après mise hors d’eau de laconstruction.Pour assurer une bonne tenue de l’enduit, il convientde ne l’appliquer que sur des matériaux ayant termi-né la plus grosse partie de leur retrait.Pour les surfaces localisées présentant des défautsde planimétrie, il faut prévoir de dresser la surfaceavec un mortier de composition analogue à lacouche d’accrochage, et éventuellement de l’armer.

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4.2 Les enduits

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■ Supports anciens

Le mur doit d’abord être débarrassé de toutes tracesde revêtements anciens, friables ou non adhérentstels que : enduits, hydrofuges de surface, peintures,etc. Il pourra être nécessaire, dans certains cas (pré-sence de taches blanchâtres de calcite sur les mursen béton), de procéder à un brossage à la brossemétallique ou à un lavage à l’eau sous pression.Les joints de maçonneries de briques ou de moel-lons sont dégarnis sur 3 cm de profondeur, et brossés.

L’exécution d’un enduit traditionnel

Les règles d’exécution de ces enduits font l’objet dela norme P 15-201 (DTU 26.1) déjà mentionnée.

■ Les mortiers pour enduits traditionnels

Les constituants du mortier doivent être choisisavec soin.

Les liants

Tous les ciments Portland (CEM I, CEM II), lesciments à maçonner, les chaux hydrauliques ouaériennes éteintes peuvent être utilisés pour la réali-sation des enduits.Pour éviter la tendance à la fissuration, il convientd’utiliser les classes de résistances moyennes.Le ciment prompt naturel peut être également utiliséseul ou en mélange avec de la chaux ou un cimentPortland. L’emploi du prompt permet de travailler àtempérature plus basse et de réduire les temps d’at-tente entre les couches.Les chaux aériennes et les chaux hydrauliques natu-relles améliorent la capacité de rétention d’eau.Mélangées au ciment, elles permettent d’obtenir desmortiers bâtards, à la fois onctueux, gras, adhérentset ne se ségrégeant pas.La préférence donnée aux mélanges de ciment et dechaux n’exclut pas pour autant la possibilité d’utiliserdes ciments et des chaux hydrauliques à l’état pur.C’est ainsi que la chaux hydraulique naturelle est uti-lisée pour les mortiers de couche de finition, tandisque le ciment est surtout employé pour la couched’accrochage.

Les sables

Le sable doit être sain, siliceux, silico-calcaire oumême calcaire à condition que les grains ne soientpas friables. Il doit être propre, c’est-à-dire dépourvud’impuretés susceptibles de compromettre la qualitédu mortier en œuvre (argile, vase, terre végétale,plâtre, sels minéraux). Le degré de propreté du sableest mesuré par l’essai d’équivalent de sable (voir lechapitre 3.1). L’indice fourni par cet essai (ESV) doitêtre inférieur à 75.Il est préférable d’utiliser des sables roulés de riviè-re. Les sables de carrière conviennent s’ils ne ren-ferment pas d’impuretés nocives. Les sables de merdoivent être lavés (sinon ils sèchent mal et peuventdonner lieu à des efflorescences en raison des selsqu’ils contiennent).La granulométrie des sables doit être limitée à 3 mm.En général, les dosages du mortier sont exprimés enpoids de liant par m3 de sable sec. Or, le plus sou-vent, sur le chantier, le sable renferme un certainpourcentage d’eau (pouvant varier de 0 à 20 %) et ilsuffit de très peu d’eau pour que le poids du m3 desable soit modifié ; c’est le phénomène bien connudu « foisonnement » du sable.

Pour éviter des surdosages en liant pouvant condui-re à des enduits plus fissurables, il est utile de déter-miner la teneur en eau du sable par un essai facile àpratiquer sur chantier (séchage et pesée du sable).A défaut, on prendra un coefficient de foisonnementforfaitaire de 25 %.

Les adjuvants

Il peut s’avérer intéressant d’ajouter un adjuvant aumortier si celui-ci, malgré toutes les précautionsprises, n’est pas suffisamment maniable. On utilisealors un plastifiant ou un entraîneur d’air.On utilise un hydrofuge de masse pour diminuer lacapillarité et améliorer l’imperméabilité de l’enduit.

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Les produits d’accrochage

Ces produits généralement à base d’émulsion ther-moplastiques : copolymères vinyliques, styrène buta-diène, acryliques sont destinés à améliorer l’adhérence de l’enduit sur le support lorsque sonétat de surface le nécessite, ainsi que ses propriétésmécaniques.

Les colorants

Ils doivent être exclusivement d’origine minérale.Leur dosage sera inférieur à 3 % du poids du liant.

■ La mise en œuvre

La réalisation d’un enduit traditionnel se fait en troiscouches :• une première couche dite gobetis ou couche d’ac-crochage, de 2 à 4 mm d’épaisseur ;• une deuxième couche formant le corps d’enduit, de10 à 20 mm d’épaisseur ;• une troisième couche appelée couche de finition,de 5 à 7 mm d’épaisseur, qui a un rôle décoratif.Les résistances mécaniques du mortier de chacunedes couches constituant l’enduit doivent être dégres-sives, la plus forte étant donnée au gobetis. Cetteexigence conduit à un dosage en liant égalementdégressif pour les trois couches.Le gobetis est toujours réalisé en mortier de ciment.Les deux couches suivantes sont en mortier deciment, de chaux ou en mortier bâtard.La compacité de la couche du corps d’enduit estobtenue par un « serrage énergique » du mortier àla taloche.

L’enduit peut aussi être réalisé en deux coucheslorsque le mortier est projeté mécaniquement(machine à projeter, pot de projection).La première couche assure l’adhérence de l’enduitau support et l’éventuel rattrapage des irrégularités,elle a une épaisseur de 10 à 15 mm. La secondecouche donne sa forme définitive à l’enduit et com-plète la fonction imperméabilisation. Son épaisseurest de 8 à 12 mm. Le mortier est serré énergique-ment à la taloche.

Pour la troisième couche, l’emploi d’un mortier colo-ré contribue à l’esthétique de la façade.Les dosages des liants que l’on peut préconiser pourdes travaux courants sur maçonnerie ou sur bétonsont donnés au tableau suivant à titre indicatif : lanorme P 15-201 (DTU 26.1) fournit des valeurs dedosage suivant la nature du support. On pourra s’yréférer pour plus de précision.Il faut veiller à la régularité des constituants et desdosages.Les variations de dosages, notamment en eau,peuvent provoquer des variations des caractéris-tiques, notamment de teinte, de même que lesconditions ambiantes (vent, soleil), qui peuventconduire à protéger l’enduit frais contre la dessic-cation par humidification, bâches de protection ouproduits de cure.

Délais séparant l’application des différentes couchesLes délais minima sont de 48 heures entre la pre-mière et la deuxième couche, et de 4 à 7 jours, sui-vant la nature du liant, entre le corps d’enduit et lacouche de finition.Ces délais sont nécessaires pour que le mortier aiteffectué la plus grande partie de son retrait.

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1. ciment CEM I, CEM II ou prompt naturel.2. soit uniquement chaux hydraulique NHL ou aérienne CL ou DL, soit 1/2 à 2/3 de chaux hydraulique complétée par la chaux aérienne.3. le total des deux est compris entre 350 et 450 kg.

Poids du liant/m3 de sable sec SableCouches

Enduits mortierciment ou chaux

Enduits mortierbâtard 2e & 3e

couches seulement

Enduits mortierbâtard avec

finition à la chaux

Granulométrie Éléments fins< 0,08 mm

1ère couche gobetis 500 à 600 kgciment CEM I

ou CEM II

500 à 600 kgciment CEM I

ou CEM II

500 à 600 kgciment CEM I

ou CEM II

0,1/3,15 Néant

2ème couche corps d’enduit

350 à 450 kgciment (1) ou chaux

hydraulique

100 à 350 kgciment (1) + 100à 350 de chaux


0,1/3,15 > 5 %

3ème couche finition 250 à 450 kgciment (1) ou chaux

hydraulique


150 à 250 kgde chaux (2)

0,1/3,15 Riche en éléments fins

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Application de l’enduit

Un enduit peut être réalisé selon deux méthodes :soit au « jeté » directement, soit entre « nus etrepères ».Les travaux courants sont généralement exécutésau jeté directement.Les travaux soignés sont réalisés entre nus etrepères. Dans ce cas, des repères sont d’abord pla-cés aux extrémités haute et basse des nus à réali-ser. On exécute les nus en garnissant derrière unerègle appliquée sur les repères et maintenue par deschevillettes.

Les enduits monocouches

Ils se distinguent des enduits traditionnels par leurapplication en une ou deux passes, avec un produitde même composition, préparé en usine et livré ensacs prêts à gâcher.Dosés avec des méthodes industrialisées, lesenduits monocouches présentent la sécurité d’unequalité constante et contrôlée dans le cadre de laprocédure d’Avis technique.La composition de ces enduits comporte souventdes charges légères (perlite, vermiculite, ponce) oudes fibres, ainsi que des adjuvants (entraîneurs d’air,hydrofuges) et des rétenteurs d’eau.Ces enduits font l’objet du document élaboré par leCSTB (Cahier N° 1777 de juin 1982). « Conditionsgénérales d’emploi et de mise en œuvre des enduitsd’imperméabilisation de mur à base de liants hydrau-liques ».

■ Conditions d’emploi

Le choix de l’enduit doit être fonction :• de la nature du support considéré ;• de l’exposition de la paroi ;• des moyens et des conditions de mise en œuvre ;• du type de finition désiré.L’utilisation de teintes foncées est déconseillée danstous les cas. En effet, elles augmentent les contraintes

d’origine thermique du fait d’une plus forte absorp-tion du rayonnement solaire, et accentuent les problèmes d’aspect liés au nuançage ou aux efflo-rescences.L’application sur béton cellulaire est prévue pour cer-tains enduits, elle est alors mentionnée dans l’Avistechnique.

■ Application proprement dite

L’application est généralement effectuée en une oudeux passes, de préférence espacées de quelquesheures, suivant le type de finition désirée.Lorsque la seconde passe ne peut être effectuéedans les 24 h, il y a lieu, pour assurer son accrocha-ge, de réhumidifier l’enduit de première passe.La première passe de l’enduit doit être serrée (dres-sage à la règle ou à la taloche) mais non lissée, et ilfaut respecter l’épaisseur indiquée par le fabricant.

■ Mortiers isolants

Ces mortiers très légers, à base de polystyrèneexpansé, de liège, ont une densité 2 à 4 fois plusfaible que les mortiers classiques, ce qui leur permetd’assurer la fonction isolation thermique en plus desfonctions d’imperméabilisation et d’esthétique.L’épaisseur requise sera calculée en fonction dudegré d’isolation à assurer au mur. A titre indicatif, lecoefficient K de transmission calorifique peutatteindre, pour un mur de blocs en béton de 20 cmenduit de 7 cm de mortier isolant : 0,8 W/m2 °C.

Traitements de surface décoratifs

• Le mouchetis tyrolien : obtenu directement par pro-jection au balai ou à la « tyrolienne ».• Le gratté : l’enduit taloché est gratté à la lame den-telée, en cours de prise, dans les deux ou troisheures suivant l’application.• Le gratté-grésé : l’enduit gratté est grésé superfi-ciellement aux abrasifs ou raboté superficiellementau chemin de fer.• Le grésé : l’enduit taloché est grésé aux abrasifs ouraboté au chemin de fer, en cours de durcissement,2 à 8 jours après l’application.• Le bouchardé : l’enduit est bouchardé 3 semainesaprès, à la boucharde à main ou pneumatique.• Le lavé : les grains sont dégagés par lavage à labrosse souple et au jet d’eau léger.Le caractère décoratif de l’enduit est apporté nonseulement par la finition de surface, mais aussi parla teinte obtenue en jouant sur le choix des sables etsur la coloration de la pâte de ciment par des pig-ments minéraux.On peut obtenir des intensités de coloration plus oumoins marquées selon le dosage et la nature duciment utilisé.Pour les teintes claires, on aura souvent intérêt à uti-liser des ciments blancs ou des chaux.

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Les outils de mise en œuvre des enduits : la truelle,

le couteau à enduire, la taloche, le pot de projection

ou la machine à projeter.

Les avantages de la projection sont une régularité et une productivité

accrue, entraînant des coûts inférieurs.Les enduits réalisés, plus denses

et moins poreux, présentent une meilleure adhérence.

Ils sont particulièrement appréciés pour les travaux spéciaux

sur des formes complexes.

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L’adhérence de l’enduit les défauts à éviter

La bonne adhérence d’un enduit sur son support estfondamentale.Il est facile de la vérifier : un enduit décollé locale-ment sonne « creux ».La non-adhérence entraîne la cassure de l’enduit quise détachera par plaques.Les principaux défauts d’adhérence sont dus :• à un support trop lisse ;• à un béton brut de décoffrage, avec des tracesd’huile de démoulage ou de produits de cure ;• à un support sale avec des dépôts de matièreorganique ou comportant des traces d’anciensenduits en plâtre ; ce support ne sera pas neutrepuisque le plâtre réagira ensuite sur le ciment dumortier pour donner des produits expansifs (sulfo-aluminate de chaux) ;• à un support trop sec, qui n’a pas été suffisam-ment humidifié avant la projection de la premièrecouche d’accrochage (gobetis) ;• au mortier mal composé, appliqué trop tardive-ment (parfois remouillé, rebattu et dont la prise estcommencée) ;• à un mortier ayant un retrait excessif (surdosa-ge en liant).Enfin, si certaines précautions ne sont pas prises, del’eau pourra s’infiltrer entre le support et l’enduit etprovoquer son décollement en hiver lors du gel.C’est le cas d’une remontée d’eau du sol, ou d’unenduit non protégé en partie haute.Il convient enfin d’éviter l’application d’enduits par temps froid. Sans précaution particulière, 5 °C est une limite en-dessous de laquelle il ne faut pasdescendre.Un enduit bien fait tient très longtemps. Sa confec-tion demande du soin, une main-d’œuvre qualifiée,un matériel parfaitement adapté, et des mortiers performants.

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Le rôle de la chape

Le rôle de la chape est d’assurer la mise à niveau dela dalle et la régularité de sa surface.Elle doit aussi présenter une résistance suffisantepour assurer la transmission des charges au sup-port, résister aux efforts d’usure et d’abrasion.Elle peut constituer le support d’un revêtement desol ou d’un revêtement d’étanchéité. La chape peutenfin participer à l’isolation thermique et/ou acous-tique des locaux.Lorsqu’elle n’est pas destinée à recevoir un revête-ment, on peut y incorporer des produits spécifiques,destinés à améliorer ses caractéristiques méca-niques ou son esthétique.L’exécution des chapes destinées aux bâtimentsd’usage courant tels que logements, bureaux, bâtiments scolaires, fait l’objet de la norme P 14-201« DTU 26.2. Travaux de bâtiment. Chapes et dalles àbase de liants hydrauliques. ».Pour les bâtiments à caractère industriel, agricole ousportif, les chapes peuvent faire l’objet de prescrip-tions particulières.

Les différents types de chapes

En fonction de leur conception et de leur moded’exécution, on distingue :• les chapes adhérentes, qui sont incorporées ourapportées ;• les chapes flottantes.

■ Les chapes adhérentes

Les chapes incorporées

Elles sont constituées par un mortier fin appliquéavant que le béton du support (dalle, massif) n’ait faitsa prise. La continuité entre le béton du support et lemortier de la chape assure à l’ensemble une trèsbonne cohésion et des conditions de maturationfavorables, le support étant encore humide.

Les chapes rapportées

Il s’agit du cas le plus fréquent où le béton a déjà faitsa prise.Dans le cas de travaux neufs, la chape est exécutéede préférence le plus tôt possible, après que le bétonait commencé son durcissement. Pour les ouvrages

anciens ou du fait des contraintes de chantier, cechoix n’est malheureusement pas toujours possible.Ce type de chape est exécuté chaque fois qu’unedalle béton doit recevoir un revêtement de sol mincecollé (moquette, plastique) ou être peinte.

Les chapes flottantes

Il s’agit d’ouvrages totalement désolidarisés, aussibien du support que des parois verticales, par l’in-terposition d’une couche de désolidarisation et/oud’une couche isolante résiliente.Dans le premier cas, le but recherché est la réduc-tion de la transmission des déformations (parexemple les variations dimensionnelles d’une étan-chéité par rapport à son support).

Dans le second cas, il s’agit d’apporter une isolationthermique et acoustique. Cette solution est très effi-cace vis-à-vis de la transmission des bruits d’impact,ce qui conduit à la préconiser dans les pièces carre-lées (salles d’eau, cuisines). L’amélioration de l’isole-ment aux bruits d’impact obtenue à l’aide d’unechape flottante peut être de l’ordre de 20 à 25 dB(A).

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4.3 Les chapes

Principe de la constitution d’une chape flottante sur couche d’isolation.

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La réalisation des chapes

■ Les chapes adhérentes

Les chapes incorporées

Le support béton étant encore frais, il ne nécessitepas de préparation particulière, si ce n’est de s’assu-rer qu’il présente une surface rugueuse ; dans le cascontraire, il suffit d’un griffage pour obtenir ce résultat.Le mortier utilisé pour réaliser la chape comporte unsable de granulométrie n’excédant pas 0/3 mm, et undosage en ciment Portland de classe de résistance32,5 au moins égal à celui du béton support, avec unminimum de 350 kg/m3 de mortier.Ces chapes sont généralement réalisées en mortierde consistance ferme, et ont une épaisseur moyennede 15 à 25 mm.Le mortier est étalé, réglé, puis taloché et éventuel-lement lissé.

Les chapes rapportées

Le béton ayant déjà fait sa prise, la préparation dusupport doit être dans ce cas très soignée, afin quela liaison avec la chape soit efficace.La surface du support doit être rendue rugueuse pardes moyens manuels ou mécaniques, puis soigneu-sement nettoyée, humidifiée et traitée avec des pro-duits d’accrochage destinés à améliorer l’adhérencede la chape.Ces produits d’accrochage sont des émulsions àbase d’acétates de polyvinyle, de résines acryliquesou de styrènes.On applique en général une première couche d’ad-hérence (« primaire ») directement sur le support,puis le mortier dans lequel sont incorporés des pro-duits d’accrochage.L’incorporation de ces produits et éventuellementd’adjuvants au mortier est indispensable pour des

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épaisseurs de chape inférieures à 3 cm ; au-delà,c’est une précaution utile.Le dosage en ciment des mortiers est au minimumde 350 kg/m3.Le mortier est étalé sur la surface, puis réglé, talo-ché, et éventuellement lissé.

■ Les chapes flottantes

Ces chapes sont dites flottantes parce qu’elles sup-posent l’interposition, entre la dalle support et lachape proprement dite, d’une couche de désolidari-sation (constituée d’un film polyéthylène, d’un lit desable ou d’un feutre bitumé), ou d’une couche iso-lante (panneaux de fibres, plastique alvéolaire,béton de granulats légers tels qu’argile expansée,vermiculite ou liège), lorsque sont recherchées desperformances thermiques ou acoustiques.La chape est réalisée au mortier dosé au minimum à350 kg/m3 de ciment de classe 32,5.Selon la compres-sibilité de l’isolant, la chape a une épaisseur de 4 à 5 cm, et peut être armée ou non. L’armature utiliséeest alors un treillis à petites mailles de 50 x 50 mm(grillage) avec fils d’acier de 1 à 1,5 mm de diamètre,placé à mi-épaisseur.

■ Les enduits de lissage pour sols intérieurs (enduits autolissants)

La surface peut être finie grâce à l’application d’en-duits de lissage, à base de liants hydrauliques, decharges minérales, de résines et d’adjuvants spéci-fiques ; ils ont pour caractéristique d’être autolissants.Ces enduits très fluides s’appliquent en épaisseur de3 à 10 mm, et sont destinés à recevoir directement lesrevêtements de sols habituels : textiles, plastiques,céramiques.Les enduits de lissage sont conditionnés par le fabri-cant, de façon à ne nécessiter que l’adjonction d’eaude gâchage, et éventuellement d’une résine fournieavec l’enduit.

■ Les finitions spéciales

Lorsqu’une résistance à l’usure est recherchée, onpeut incorporer à la surface de la chape des granulatsdurs (corindon, carborandum), ou des fibres d’acier,qui améliorent la résistance à l’abrasion et aux chocs.

■ Les joints de fractionnement

Lorsque le gros œuvre comporte des joints, la chapedoit être fractionnée aux mêmes emplacements ;dans tous les cas les joints sont exécutés pour dessurfaces de l’ordre de 25 m2. La distance entre lesjoints est au maximum de 8 m cependant 5 m sontpréférables.Les joints de fractionnement sont exécutés soit parsciage du mortier frais ou durci, soit par profilés dis-posés avant mise en place du mortier.

■ La cure du mortier

La cure est l’opération destinée à éviter la dessicca-tion du mortier par temps chaud ou sur des chantiersexposés à d’importants courants d’air.Elle peut être réalisée en protégeant la surface dumortier frais par des bâches (films plastiques) ou dessacs humides, par humidification ou par pulvérisa-tion d’un produit de cure.

Les chapes pour sols industriels

Les exigences d’un sol industriel peuvent être mul-tiples :• résistance mécanique aux chocs, aux poinçonne-ments, à l’abrasion ;• résistance aux attaques chimiques : acides, selsminéraux, corps gras, sucres ;• résistance à des températures élevées.

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En haut à gauche : application d’enduit autolissant.

Réalisation d’une couche isolante en argile expansée pour la sous-couche d’une chape flottante.

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Le sol lui-même doit être conçu pour résister à diffé-rentes contraintes, mais la chape, qui est la partie laplus sollicitée, nécessite un traitement particulier parrapport aux réalisations usuelles.Les mortiers utilisés sont des mélanges prédoséscomprenant généralement un composant à base deciment et de charges spéciales minérales ou métal-liques, et un composant qui est une résine.Le mélange se fait au moment de la mise en œuvre,et permet de réaliser un mortier de type autolissantappliqué en épaisseur appropriée.L’incorporation au mortier ou le saupoudrage sur lemortier déjà mis en œuvre et encore frais, de granu-lats très durs, minéraux type corindon ou particulesmétalliques, permet d’obtenir des chapes très résis-tantes.Pour la réalisation des chapes industrielles, comptetenu de leur résistance à de nombreux agents chi-miques, et de leur résistance mécanique aux jeunesâges, permettant une mise en service rapide onemploie des ciments de classe de résistance élevéeainsi que le ciment prompt naturel et le ciment alu-mineux fondu.La résistance du ciment fondu, associé à des granu-lats réfractaires, à des températures dépassant 1 000 °C, le fait également utiliser pour les sols sou-mis à des températures élevées – industries métal-lurgiques, verreries.Ces différentes réalisations se faisant en épaisseurrelativement mince, nécessitent un traitement decure, de façon à assurer une maturation correcte dumortier sans risque de dessiccation.En milieu rural ou dans les industries agro-alimen-taires, la réalisation de chapes résistant aux agres-sions chimiques nécessite l’emploi de liants adap-tés : ciment prompt naturel, ciment alumineux fondu,CEM V, CEM III/C

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Une chape réalisée en mortier à base de ciment prompt retenupour sa résistance aux acides dans une laiterie.

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Les domaines d’emploi

L’évolution des techniques de construction, le posi-tionnement précis de pièces préfabriquées, le scelle-ment d’éléments rapportés sur béton, entraînent uneutilisation croissante de produits de scellement et decalage.Parmi les multiples utilisations, on peut citer :• calage d’équipements industriels, machineslourdes à forts couples ou à fortes vibrations ;• scellement de poteaux, poutres, acrotères... ;• scellement de portes, fenêtres et éléments desecond œuvre ;• scellement de mobilier urbain, d’éléments designalisation ;• travaux de scellement en milieu marin ;• assemblage d’éléments en béton ;• scellement de regards de visite sur routes à forttrafic avec remise en circulation quasi-immédiate.

Les exigences

■ Absence de retrait

La principale caractéristique de ces mortiers est deprésenter peu ou pas du tout de retrait, inacceptablepour les travaux de scellement ou de calage.Pour parvenir à ce résultat, un bon mortier de scel-lement ou de calage doit être sans retrait ou « àretrait compensé ».

Un mortier classique peut en effet prendre un retraitexcessif et ne plus jouer son rôle en se désolidarisantde l’entourage (décollement, apparition de fissures).Les précautions habituelles pour éviter le retraitdans un mortier au cours de son durcissement res-tent bien entendu valables.Il convient donc de ne pas exagérer la teneur en eaude gâchage, et d’assurer la protection du mortierfrais contre la dessiccation (absorption par le sup-port ou évaporation).

■ Caractère expansif du mortier

Afin d’éviter les conséquences du retrait, les produitsspéciaux de scellement et de calage sont générale-ment réalisés à partir de matériaux expansifs :poudres métalliques (oxydes de fer, aluminium), oxy-dants (expansion après la prise due à la rouille for-mée).

Une autre technique couramment utilisée consiste àprovoquer une expansion cristalline par formation desulfo-aluminate de chaux (ettringite).L’expansion libre peut varier de 0,5 à 2 % en volume.

■ Résistance au jeune âge

Elle est indispensable pour répondre aux délaiscourts imposés par ce type de travaux.Elle est obtenue par une composition appropriée ; leliant est généralement un ciment de classe R (dur-cissement rapide), ou un ciment spécial à durcisse-ment rapide : ciment prompt, ciment alumineux.

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4.4 Les scellements et les calages

Le retrait d’un mortier mal étudié a pour conséquence la désoli-darisation scellement/support.

L’expansion du mortier dans un scellement crée un phénomèned’autoblocage.

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■ Autres caractéristiques

• Une faible porosité assurant la protection despièces métalliques contre la corrosion ;• une bonne fluidité pour les mortiers de calage quidoivent remplir des volumes à large section et faibleépaisseur.

La composition

Qu’ils soient prédosés ou fabriqués sur chantier, lesmortiers de scellement font appel à des constituantsbien définis, qui doivent être d’une très bonne quali-té :• ciments à forte résistance de classe 52,5 ou 42,5,en général à durcissement rapide (classe R), cimentprompt, ciment alumineux ;• sable très propre (roulé de préférence) d’un dia-mètre maximum de 2 ou 3 mm ;• expansif ;• adjuvants divers (plastifiants, rétenteurs d’eau,accélérateurs, résines) ; il existe des mortiers comportant des fibres d’acier (de préférence inoxy-dables) ou de polypropylène.Les dosages en liant sont généralement élevés (600à 700 kg pour 1 m3 de sable).Le dosage en eau doit être ajusté selon la consis-tance recherchée : E/C compris entre 0,40 et 0,50.

Les scellements

■ Scellement de tiges

Le scellement de tiges ou de barres d’acier dans lebéton est un des cas les plus fréquents.La profondeur et le diamètre du trou doivent tenircompte de la longueur et du diamètre de la barre,ainsi que de la granulométrie du mortier de scelle-ment.D’une manière générale, on adoptera pour diamètredu trou celui de la barre (Ø) majoré de dix fois ladimension du plus gros grain du mortier (D).

d = Ø + 10 D

A titre d’exemple, on peut fournir des valeurs d’arra-chement mesurées avec des barres scellées dansdu béton avec un mortier à retrait compensé.

■ Scellement de regards

Dans la voirie, le scellement de regards, grilles, etc.,est de pratique courante. Cette utilisation demande,en plus des performances mécaniques et de com-pensation du retrait nécessaires à tout scellement dequalité, une montée rapide des résistances, afin derétablir la circulation dans les délais les plus brefs.

■ Assemblage d’éléments préfabriqués

Assembler de tels éléments c’est assurer entre euxune liaison. C’est une opération qui ressemble fort àun scellement : on cherche en effet un bon remplis-sage des volumes avec néanmoins un blocage effi-cace et une bonne adhérence. Les règles élémen-taires décrites à propos des scellements s’appliquentde la même manière. On utilise un mortier à consis-tance plastique.

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La longueur utile L du trou est inversement proportionnelle à sondiamètre.

Le diamètre du trou détermine la longueur utile L suivant laquellesont transmis les efforts d’arrachement au support.On se tiendra aussi près que possible de cette limite : on n’ajamais intérêt à agrandir le diamètre d’un trou de scellement. En effet, la longueur utile L du support qui reprend les efforts d’arrachement transmis par le mortier de scellement, selon unangle de 45°, est inversement proportionnelle au diamètre du trou.Le support devra comporter les armatures nécessaires à lareprise locale des efforts, et à leur transmission aux parties résistantes de la pièce.www.allislam.net

Le calage

Caler une pièce ou une machine, c’est faire en sortequ’elle repose, selon un positionnement précis, defaçon solide et fixe sur un support.

Une méthode consiste à utiliser des cales trèsdiverses (empilement de cales, cales usinées,coniques, cales à vérins, à vis de réglage...).

Elle est longue, coûteuse, délicate (mise à niveaudifficile). Les charges s’exercent sur des sectionsfaibles de mortier traditionnel.La méthode utilisant des mortiers spéciaux permetun positionnement plus rapide et un réglage plus éco-nomique (vis de réglage et vérins récupérables). Lescharges sont réparties sur une large section decontacts par l’intermédiaire d’une épaisseur de mor-tier ou de coulis réduite. L’adhérence est excellentegrâce à la liaison intime avec la fondation. Suivant lesproblèmes à résoudre, propres à chaque cas, et sui-vant la dimension des espaces à remplir, on utilisedes coulis ou des mortiers plus ou moins fluides,sans ressuage.Le mortier de calage doit conserver sa fluidité pen-dant tout le temps de la mise en place (qui peutdépasser largement une heure dans le cas des trèsgrandes machines).Malgré cette fluidité, il doit rester homogène et sansretrait ultérieur qui aurait pour effet d’interrompre laliaison support-objet, d’entraîner une concentrationdes charges sur les cales mécaniques et une corro-sion en sous-face.Les applications sont nombreuses :• calages de plaques d’appui de toutes sortes, desupports métalliques ;• calages de rails de ponts roulants ;• calages de socles de machines, tournantes ounon, susceptibles de générer des vibrations (tur-bines, presses, machines-outils, laminoirs, alterna-teurs...) ;• calages de haute précision ;• ainsi que des blocages plus ou moins importants, etparfois des réparations, des reprises en sous-œuvre,des assemblages d’éléments (en génie nucléaire),etc.

Les mortiers (ou coulis) de calage sont mis en placesoit par injection, soit par gravité.

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Exemples de dispositifs destinés à améliorer le scellement d’une barre.

Injection d’un mortier de scellement.

Calage réparti avec un matériau à base de liant hydraulique.

Presque toujours un calage est associé à des scellements.

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Calage de machines.

Tiges scellées.

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Quand répare-t-on ?

Il arrive que, du fait de causes accidentelles, d’uneutilisation anormale, de défauts de mise en œuvre,des désordres apparaissent dans les ouvrages enbéton. Certains sont acceptables et ne nécessitentpas une intervention immédiate, d’autres peuventêtre préjudiciables à la durabilité de l’ouvrage etnécessitent des réparations.Nous ne traitons pas ici des désordres mettant encause la stabilité de l’ouvrage, qui font l’objet de tra-vaux de renforcement avec remplacement ouadjonction d’armatures.Les réparations envisagées dans cette Fiche tech-nique concernent le reprofilage du béton au voisina-ge de sa surface pour reconstituer la protection desarmatures, rétablir l’étanchéité ou remédier à desdéfauts d’aspect, ainsi que le traitement des fissuresstabilisées.

Les causes des dégradations

Les dégradations du béton trouvent leur origine dansdes phénomènes usuels et bien connus, tels que lacarbonatation ou les influences de la pluie, de la cha-leur ou du gel. Elles peuvent être aussi occasionnéespar des causes ponctuelles ou accidentelles, tellesque les surcharges ou les incendies.Ces différentes causes peuvent être classées sui-vant leur origine.

■ Phénomènes purement chimiques

• La carbonatation du béton : elle est due à l’actiondu gaz carbonique de l’air sur la chaux, produite parl’hydratation du ciment. La carbonatation, nongênante pour le béton lui-même, a pour effet de dimi-nuer la basicité du milieu qui consistue la protectionde l’acier des armatures, assurée par un phénomè-ne de passivation (voir fiche DB1).

La disparition de cette passivation expose donc lesarmatures à la corrosion, qui va non seulementaffecter la capacité portante du béton armé, maisaussi faire éclater le béton du fait de l’expansion dela rouille. La carbonatation progresse lentement dela surface vers le cœur du béton, d’autant moins viteque le béton est moins poreux et mieux dosé enciment (au minimum 350 kg/m3).• Les agressions d’origine chimique peuvent êtreprovoquées aussi par l’eau, qu’elle soit pure ou aucontraire chargée en sels plus ou moins actifs (chlo-rures, sulfures, sulfates).

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4.5 Les mortiers et coulis de réparation

Réparation par projection : le mortier adhère fortement.

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L’eau de pluie, l’eau de mer et plus généralement leseaux chargées en sels, l’eau de la nappe phréatique,les eaux de lavage constituent autant de cas d’es-pèces, dont l’action peut se traduire par un lessivagedu béton qui dissout la chaux et augmente sa poro-sité, ou par des réactions conduisant à la productionde sels expansifs à l’origine de fissures ou d’éclate-ment du béton.

■ Phénomènes physiques

Il peut s’agir des actions mécaniques telles quechocs, vibrations, abrasion, ou des actions liées auxvariations de température : dilatation due à la cha-leur, effets du gel, chocs thermiques.

■ Phénomènes physico-chimiques

Ils sont inhérents au béton lui-même, comme ceuxliés aux phénomènes complexes du retrait, ou auxréactions se développant à l’interface des constituants.Ils peuvent être provoqués par des agressions exté-rieures ; l’action des sels de déverglaçage en estl’exemple le plus significatif.

La reconstitution du béton de surface

■ Les domaines d’application

Il s’agit de reconstituer le béton dégradé, pour dessurfaces localisées, sur une épaisseur allant dequelques millimètres à 4-5 cm maximum. C’est lecas courant des ragréages de parement, des répa-rations d’épaufrures ou de reconstitutions du bétond’enrobage d’armatures ou d’appuis de balcons.Le but de ces réparations est aussi bien esthétiqueque technique. Elles permettent de redonner à l’ou-vrage la protection requise et, en béton armé, depréserver les armatures.

■ Les mortiers utilisés

Fabriqués sur chantier, prêts à l’emploi ou prédosés,les mortiers doivent satisfaire des exigencesdiverses, qui varient en fonction de la nature de laréparation et des conditions d’application ou d’envi-ronnement : température, délais, accessibilité.Ils sont soit à base de liants hydrauliques, soit àbase de liants de synthèse. Ils doivent dans tous lescas présenter des caractéristiques compatibles aveccelles du support, notamment du point de vue de sadéformabilité, de sa dilatation et, bien entendu, chi-miquement. Ces conditions sont remplies avec lesmortiers à base de liants hydrauliques.Ils doivent également permettre d’assurer une bonneadhérence au support et apporter par leur faible porosité une protection efficace aux armatures.

Mortiers à base de liants hydrauliques

Les liants utilisés dépendent des caractéristiquesattendues du mortier.Le dosage en liant est au minimum de 450 kg/m3 desable sec. Pour améliorer les caractéristiques d’ad-hérence, de résistance mécanique ou de rhéologie,on utilise souvent des adjuvants, des résines à basede styrènes, d’esters de polyvinyles ou d’époxydes,ainsi que des fibres de verre, de polypropylène oud’acier. Le sable utilisé pour ces mortiers est unsable fin de granulométrie voisine de 0/3 mm.

Mortiers à base de liants de synthèse

Ce sont des mortiers qui contiennent environ 50 %de granulats (sables et fillers) et 10 % de résineépoxyde, polyuréthane ou polyester.Des charges, des adjuvants ou des fibres peuvententrer dans leur composition. Ces mortiers sont depréférence prédosés et réservés à des réparationsde faibles dimensions.

■ L’exécution des réparations

Préparation des supports

C’est une phase capitale qui conditionne la qualitéde la réparation. Le béton est débarrassé des partiesnon adhérentes ou dégradées par piquage, brossa-ge et dépoussiérage. Les armatures apparentes sontdégagées par enlèvement du béton non adhérent,puis éventuellement décapées par sablage ou gre-naillage.Lorsque l’épaisseur du béton d’enrobage est faibleou en atmosphère agressive, on procède à un traite-ment de passivation des aciers avec des matériauxtels que les oxydes de zinc ou les époxydes-zinc.

Mise en œuvre du mortier

Après mouillage de la surface ou application d’unecouche d’accrochage, le mortier est mis en œuvre,soit manuellement avec ou sans coffrage selon lesdimensions de la réparation et la thixotropie du mor-tier, soit par projection.L’avantage de la projection, surtout par voie sèche(eau introduite au niveau de la lance de projection),est lié à la vitesse à laquelle le matériau est projetésur le support (jusqu’à 100 m/s).Dans ce cas, le mortier a une forte adhérence ausupport, une faible porosité, des caractéristiquesmécaniques élevées. Lorsqu’une forte imperméabili-sation est recherchée, une couche de protectioncomplémentaire est généralement appliquée sur lemortier de réparation. Les matériaux utilisés pourcette protection sont en général à base de liantshydrauliques et de résines.

Le traitement des fissures

■ Les domaines d’application

La fissuration du béton, conséquence de phéno-mènes physico-chimiques ou mécaniques variés, neprésente pas toujours un caractère justifiant sa répa-ration, en particulier lorsqu’il s’agit de fines fissuresde l’ordre du 1/10 mm qui n’affectent pas sa péren-nité.Par contre, à partir de 2 à 3 dixièmes de millimètre,on peut être conduit à envisager un traitement parinjection, qui fait appel à des matériaux différentsselon l’ouverture de la fissure et son degré de stabi-lisation.Les recommandations élaborées par le STRRES(Syndicat national des entrepreneurs spécialistes entravaux de réparation et de renforcement de struc-tures) font la distinction suivante entre les fissures :• supérieures à 10 mm ;• comprises entre 1 et 10 mm ;• comprises entre 0,5 et 3 mm ;• inférieures à 0,5 mm.

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■ Matériaux utilisés pour le traitement des fissures

Le document suivant, tiré des recommandations duSTRRES (voir en dernière page), de l’AFPC et duSN. BATI, résume la nature des produits de traite-ment selon le type de fissures à traiter.

■ Mise en œuvre des mortiers et coulisLe matériel utilisé pour injecter les résines (pots d’in-jection, pompes et injecteurs) n’est pas abordé ici.Avant application du mortier ou du coulis, le supportdoit être soigneusement préparé par brossage,décapage des lèvres des fissures les plus larges etdépoussiérage.Si nécessaire, les fissures sont nettoyées à l’air com-primé ou sous jet d’eau.L’injection du produit de réparation est faite, selon lescas, par gravité ou à l’aide d’injecteurs disposés tousles 30 à 40 cm le long de la fissure, alimentés parune pompe travaillant à une pression comprise entre0 et 3 MPa.

Nota1. Il faut remarquer que ces traitements s’appliquentessentiellement à des fissures « passives » (fissuresstabilisées).2. Les mortiers préconisés pour les fissures supé-rieures à 10 mm sont dosés à au moins 400 kg deciment/m3 et font fréquemment appel à des adju-vants : plastifiants ou hydrofuges.

Reboucher pour protéger les armatures.

Fréquent en restauration, le rejointoiement.

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Une réparation nécessite différentes opérations : la passivationdes armatures, la mise en place d’un mortier.

Syndicats d’entrepreneurs spécialisés dans les travaux deréparation :STRRES, 3, rue de Berri, 75008 Paris.SN FORES, 3, rue Alfred-Roll, 75017 Paris.

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CONSEIL


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PARTIE 5

LE MATÉRIAU BÉTON

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Historique

L’ingénieur Bélidor, auteur de « L’architecturehydraulique » (1737) étudia la composition du bétonet introduisit le mot béton dans son sens actuel.L’invention du ciment par Louis Vicat en 1817, celledu ciment Portland par Aspdin (1824) et l’installationdes premiers fours par Pavin de Lafarge au Teil(1830) préparent l’avènement du béton. Les pre-mières cimenteries se développent en France entre1850 et 1860, dans le Boulonnais avec la Sociétédes Ciments Français.C’est en fait le mariage ciment-métal, appelé cimentarmé, puis béton armé, qui va donner au béton son plein essor. Le premier exemple, est la barque

de Lambot (1848), le plus significatif, l’immeubleHennebique à Paris (1898).Le XXe siècle va voir le développement considérabledu béton et, parallèlement, l’évolution de ses tech-niques : usage croissant des adjuvants, béton prêt àl’emploi, matériel de mise en œuvre, mise au pointdu béton précontraint par Freyssinet.Plus récemment, les progrès réalisés dans lesbétons de hautes performances lui donnent seslettres de noblesse dans le bâtiment, avec une réali-sation comme l’Arche de la Défense, ou dans les tra-vaux publics : pont de l’Ile de Ré, pont sur l’Elorn,pont de Normandie.

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5.1 Le béton :connaissance du matériau

65 ans séparent le nouveau pont sur l’Elorn du pont Albert Louppe conçu et réalisé par Freyssinet en 1928.

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Du béton pour structurer, pour embellir les façades, pour franchir les cours d’eau (ou la mer), pour les routes et leurs équipements.

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Le béton, pour quoi faire ?

Performances et souplesse d’emploi permettent aubéton d’être présent dans tous les domaines du bâti-ment et des travaux publics.Le béton fait partie de notre cadre de vie. Il amérité sa place par ses caractéristiques de résistan-ce, ses propriétés en matière thermique, sa résis-tance au feu, son isolation phonique, son aptitude auvieillissement, ainsi que par la diversité qu’il permetdans les formes, les couleurs et les aspects.Le béton a sa place dans les bâtiments d’habitation(logements, écoles, hôpitaux...) aussi bien que dansles constructions liées à l’activité professionnelle(usines, ateliers, commerces, bureaux) ou dans desréalisations diverses (socio-culturelles, sportives oude loisir...).Le béton structure et participe de manière visible àl’architecture. Le béton n’est plus une « pierre artifi-cielle », mais un matériau adapté aux formes ten-dues, propres aux ouvrages d’art, au même titrequ’aux réalisations actuelles des architectes.Le béton permet de franchir. Grâce à la précon-trainte, le béton a pu améliorer ses performances etrend possible les très longues portées. Les dernièresévolutions techniques concernent la précontrainteextérieure et l’allègement des âmes des tabliers, enparticulier par l’utilisation de structures triangulées.Le béton est dans les routes. Supprimant pratique-ment toutes les servitudes inhérentes à l’entretien, lebéton routier s’est fait sa place dans tous les types devoiries, de l’autoroute au chemin de vignoble, en pas-sant par les pistes cyclables. Dans les villes, lesdalles et les pavés en béton apportent leur esthéti-que particulière, en harmonie avec le mobilier urbain.

Quels bétons ?

Le béton peut varier en fonction de la nature des gra-nulats, des adjuvants, des colorants, des traitementsde surface, et peut ainsi s’adapter aux exigences dechaque réalisation, par ses performances et par sonaspect.• Les bétons courants sont les plus utilisés, aussibien dans le bâtiment qu’en travaux publics. Ils pré-sentent une masse volumique de 2 300 kg/m3 envi-ron. Ils peuvent être armés ou non, et lorsqu’ils sonttrès sollicités en flexion, précontraints.• Les bétons lourds, dont les masses volumiquespeuvent atteindre 6 000 kg/m3 servent, entre autres,pour la protection contre les rayons radioactifs.

• Les bétons de granulats légers, dont la résistancepeut être élevée, sont employés dans le bâtiment,pour les plates-formes offshore ou les ponts.• Les bétons cellulaires peuvent répondre aux pro-blèmes d’isolation dans le bâtiment.• Les bétons de fibres, plus récents, correspondent àdes usages très variés : dallages, éléments décora-tifs, mobilier urbain.

Qu’est-ce que le béton ?

Le béton est un mélange de plusieurs composants :ciment, eau, air, granulats et, le plus souvent, adju-vants qui doivent constituer un ensemble homogène.Les composants sont très différents : leurs massesvolumiques vont, dans les bétons courants, de 1(eau) à 3 (ciment) t/m3 ; les dimensions de leursgrains s’échelonnent de 0,5 µm (grains les plus finsdu ciment) à 25 mm (gravillons).Dans les bétons où une très grande compacité estrecherchée (bétons HP par exemple), la dimensiondes éléments les plus fins peut descendre en des-sous de 0,1 µm (fillers, fumée de silice).De même les granulats très légers ont des massesvolumiques inférieures à 100 kg/m3.La pâte (ciment + eau), élément actif du béton enro-be les granulats. L’objectif est de remplir les videsexistants entre les grains. La pâte joue le rôle delubrifiant et de colle.

La confection d’un béton approprié à sa destinationconsiste, à partir d’études graphiques ou expérimen-tales, à déterminer la composition granulaire et ledosage des divers constituants (Fiche technique B3).

■ Le ciment

Le choix du type de ciment et son dosage dépendentà la fois des performances recherchées (résistancemécanique, résistance aux agents agressifs, appa-rence) et de la nature des autres composants (gra-nulométrie des granulats).

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Sans détailler les critères de choix du ciment (voir le chapitre 1.4) on peut rappeler quelques règles :• Pour un béton courant, on utilise des ciments detype CEM II, CEM I, CEM III, CEM III/C, ou CEM V,alors que ciment à maçonner et chaux hydrauliquesont réservés à la préparation de mortiers pourmaçonneries.• Pour les bétons armés, la classe de résistance32,5 est au minimum retenue.• Pour des travaux en ambiance agressive, on utilisedes ciments pour travaux à la mer NF P 15 317 oudes ciments pour travaux en eaux à haute teneur ensulfates XP P 15-319.• Le ciment prompt naturel et le ciment alumineuxfondu sont utilisés pour leur durcissement rapide(réparations, scellements), mais aussi pour leurrésistance aux ambiances agressives.• La classe R est utilisée chaque fois qu’on cherche des résistances élevées au jeune âge : pré-fabrication avec cycle de démoulage court, bétonna-ge par temps froid.• Les ciments blancs se prêtent bien à la réalisationde bétons architectoniques. Ils peuvent être égale-ment teintés à l’aide de pigments minéraux.

Dosage en ciment : les critères

Le dosage en ciment est un choix délicat qui dépendde plusieurs critères tels que le type de béton, ladestination de l’ouvrage, la résistance requise, lesgranulats utilisés...Le dosage n’est pas déterminé par un calcul théo-rique absolu, mais il résulte de l’application de règlesdont la valeur a pu être appréciée à l’usage et véri-fiée expérimentalement.La norme XP P 18-305 « Bétons prêts à l’emploi »fournit des dosages minimaux à respecter en fonctiondes classes d’environnement qui sont elles-mêmesdéfinies dans ce document.

Dosage en ciment et résistances mécaniques

Le dosage en ciment a une influence directe sur lesrésistances mécaniques du béton. Toutes autresconditions égales par ailleurs, on peut dire que dansune certaine plage (150 à 400 kg/m3 de béton) larésistance est sensiblement proportionnelle audosage en ciment C.

L’eau

Nécessaire à l’hydratation du ciment, elle faciliteaussi la mise en œuvre du béton (effet lubrifiant)dans la mesure où on n’abuse pas de cette influen-ce par un excès d’eau qui diminue les résistances etla durabilité du béton.L’eau doit être propre et ne pas contenir d’impure-tés nuisibles (matières organiques, alcalis). L’eaupotable convient toujours. Le gâchage à l’eau demer est à éviter, surtout pour le béton armé. Laquantité d’eau varie avec un très grand nombre defacteurs (teneur en ciment, granulats, consistancerecherchée du béton frais) ; elle est en généralcomprise entre 140 et 210 l/m3. Il convient de tenircompte de l’eau apportée par les granulats. Il estsouvent utile de contrôler la plasticité à l’aide d’es-sais simples connus.

Le rapport est un critère important des études

de béton ; c’est un paramètre essentiel de l’ouvrabi-lité du béton et de sa qualité : résistance mécaniqueà la compression, durabilité.

Les granulats

On peut distinguer les granulats naturels (roulés ouconcassés) et artificiels (voir le chapitre 3.1). Lagamme des granulats s’est considérablement éten-due ; à côté des granulats courants, des granulatsspéciaux sont apparus pour des usages spécifiques :• durs pour des bétons soumis à une forte usure :sols industriels, routes à grande circulation ;• légers pour isolation thermique et allègement desstructures ;• réfractaires, à faible coefficient de dilatation ther-mique ;• colorés pour les bétons apparents.Les granulats doivent être des matériaux de qualitéet satisfaire notamment deux exigences :– la propreté, particulièrement importante pour lessables ; la teneur en fines argileuses doit être stric-tement limitée ;

EC

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* Le liant équivalent est constitué du ciment et d'une éventuelle addition normalisée dans les conditions définies par la norme P 18-305.www.allislam.net

– la granulométrie, propriété géométrique essentiel-le d’un granulat, dont le bon choix est déterminantdans la recherche d’un béton compact.Les granulats utilisés pour réaliser un béton doiventpermettre d’une part de remplir correctement et entotalité le moule ou le coffrage et, d’autre part, d’as-surer un enrobage correct des armatures.En outre, au voisinage des parois, les distancesentre les plus gros grains laissent des vides plusimportants que dans la masse du béton. Il est doncnécessaire de délimiter la taille maximale des grainsen tenant compte de ce phénomène.La satisfaction de ces exigences impose une limita-tion de dimension pour le plus gros granulat (D) enfonction de :• la plus petite dimension de l’ouvrage «h» : D < 0,25 h• l’espacement entre les deux armatures les plusrapprochées « e » :

D < e – 0,5 (en cm) ;• l’enrobage des armatures « d » :

D < 0,65 d.

■ Les adjuvants

Les adjuvants sont de plus en plus utilisés. Ils modi-fient les propriétés des bétons – et des mortiers –auxquels ils sont ajoutés (voir le chapitre 3.2).Par exemple, l’emploi des plastifiants-réducteursd’eau et des superplastifiants facilite la mise enplace du béton dans les pièces minces fortementarmées, ainsi que la réalisation des bétons dehautes performances.Les accélérateurs de prise facilitent le bétonnage partemps froid, tandis que les retardateurs de prise sontutiles pour le bétonnage par temps chaud.

Propriétés des bétons

Les qualités du béton sont bien connues. C’est unmatériau facile à mouler quelles que soient lesformes, à l’épreuve du temps, économique, résistantau feu et nécessitant peu d’entretien.Matériau composite, mis en œuvre de multiplesmanières, il peut répondre à un grand nombre de

spécifications : résistance mécanique, notamment àla compression, isolation thermique et phonique,étanchéité, aspect, durabilité, sécurité incendie.Pour utiliser au mieux le béton, il faut bien connaîtreses propriétés : d’une part à l’état frais, alors qu’il estplastique et qu’on peut le travailler ; d’autre part, àl’état durci, alors que sa forme ne peut plus être modi-fiée mais que ses caractéristiques continuent à évo-luer durant de nombreux mois, voire des années.

■ Le béton frais

La propriété essentielle du béton frais est son ouvra-bilité, qui le rend apte à remplir n’importe quel volu-me, à condition que sa composition ait été étudiéeen conséquence et que les moyens de mise enœuvre soient appropriés.L’ouvrabilité caractérise l’aptitude d’un béton à rem-plir les coffrages et à enrober convenablement lesarmatures.De nombreux facteurs influent sur l’ouvrabilité : natu-re et dosage en ciment, forme des granulats, granu-lométrie, emploi d’adjuvants et, bien entendu, dosa-ge en eau.Il ne faut cependant pas considérer que le dosageen eau peut être augmenté au-delà d’une certainevaleur dans le seul but d’améliorer l’ouvrabilité.Un excès d’eau se traduit, entre autres inconvé-nients, par un phénomène de « ressuage », qui est lacréation à la surface d’une pièce en béton, d’un filmd’eau, générateur de fissures après évaporation.Les autres conséquences sont :• la diminution de la compacité et, corrélativement,des résistances ;• une porosité accrue ;• un risque de ségrégation des constituants dubéton ;• un retrait augmenté ;• un état de surface défectueux se traduisant notam-ment par le bullage.La teneur en eau doit être strictement limitée auminimum compatible avec les exigences d’ouvrabili-té et d’hydratation du ciment.La grandeur qui caractérise l’ouvrabilité est la consis-tance ; sa mesure peut être effectuée facilement surle chantier avec la méthode du cône d’Abrams ou« slump test », qui est un essai d’affaissement d’unvolume de béton de forme tronconique, mesuréconformément à la norme NF P 18 451.

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Matériau privilégié de l’architecture du XXe siècle, le béton apporte à la fois sa force aux structures, et sa souplesse

pour réaliser les volumes les plus originaux, les teintes et les textures les plus variées.www.allislam.net

Selon la valeur d’affaissement obtenue, le béton estclassé de la façon suivante :

■ Le béton durciLa porosité

La caractéristique essentielle du béton durci est saporosité – rapport du volume des vides au volumetotal.Les études de Féret avaient déjà établi le lien entrela porosité du béton et sa résistance. On a pu voirdepuis l’importance de cette caractéristique sur larésistance du béton aux agents agressifs, sur la car-bonatation en matière de protection des armatures,et sur la tenue au gel. C’est donc le facteur essentielde la durabilité du béton.La recherche d’une porosité minimale doit nécessai-rement passer par :• l’augmentation de la compacité du béton fraisgrâce à une bonne composition du béton et à desmoyens de mise en œuvre adaptés ; les compacitésréellement atteintes sur chantier ne dépassent guère0,850 : dans 1 m3 de béton très bien préparé et vibrépar des moyens puissants, il existe encore 150 litresd’air ou d’eau, constitués notamment par descanaux extrêmement fins, répartis dans la pâte deciment durcie (capillaires) ;• l’augmentation du dosage en ciment et le choix deson type ont une influence favorable sur la diminu-tion de la porosité ; les hydrates formés par l’hydra-tation du ciment ont un rôle essentiel de colmatagedes capillaires.On améliore la compacité du béton en jouant sur lagranulométrie des granulats dans la fraction des élé-ments fins, et sur la réduction d’eau.La faible porosité d’un béton présente de nombreuxavantages déterminants pour sa durabilité.• Un béton en contact avec un milieu agressif (eaupure, eaux séléniteuses, eau contenant des acidesorganiques) subira une attaque beaucoup plus lentesi les capillaires du béton sont moins nombreux etplus fins.• Dans le cas du béton armé, une faible porosité estindispensable, pour protéger les armatures contrel’oxydation, le ciment Portland dégageant de lachaux au cours de son durcissement.L’acier est protégé contre l’oxydation tant qu’il estbaigné par cette chaux – pH basique – mais si ellese carbonate au contact de l’air pour revenir à l’étatde carbonate de calcium – pH acide – l’acier rede-vient vulnérable. En retardant cette carbonatation,une faible porosité assure la protection des arma-tures.Pour les bétons devant présenter une forte étanchéi-té (réservoirs, piscines), une faible porosité éviterapratiquement toute migration d’eau au travers descapillaires

Les résistances mécaniquesUne bonne résistance à la compression est la quali-té bien souvent recherchée pour le béton durci. Cetterésistance est généralement caractérisée par lavaleur mesurée à vingt-huit jours.On a pu voir précédemment que la résistancedépend d’un certain nombre de paramètres, en par-ticulier la classe et le dosage du ciment, la porositédu béton et le facteur E/C, rapport du dosage en eauau dosage en ciment.Parmi les formules qui permettent de prévoir lesrésistances, celle de Féret est la plus connue.

R = k( ) 2

R = résistance,k = coefficient dépendant de la classe de ciment, du

type de granulats et du mode de mise en œuvre,C = dosage en ciment,E = dosage en eau,V = volume d’air subsistant.Cette formule montre l’intérêt que présente la dimi-nution de la quantité d’eau de gâchage et de l’air, cequi réduit la porosité et par conséquent augmente larésistance.Les résistances mécaniques du béton sont contrô-lées par des essais destructifs ou non destructifs.• Les essais destructifsLa résistance à la compression peut être mesuréeen laboratoire sur des éprouvettes généralementcylindriques (diamètre 16 cm, hauteur 32 cm),confectionnées avec le béton destiné à l’ouvrage àcontrôler.

• Les essais non destructifsIls peuvent utiliser le scléromètre, appareil basé surle rebondissement d’une bille d’acier sur la surface àtester, ou des instruments de mesure de la vitessedu son au travers du béton (4 000 m/s pour un bétoncourant).

CC + E + V

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Selon la norme P 183 25.

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■ Variations volumiques

Au cours de son évolution, le béton est l’objet demodifications physico-chimiques qui entraînent desvariations dimensionnelles.

Le retrait hydraulique avant prise et en cours de prise

Il est dû à un départ rapide d’une partie de l’eau degâchage, soit par évaporation (rapport surface/volume des pièces élevé, atmosphère sèche, tempschaud, vent violent), soit par absorption (coffrage,granulats poreux). Une surface de béton frais peutévaporer plus d’un litre d’eau par m2 et par heure.Ce retrait sera limité par une bonne compacité dubéton ou par un traitement de cure (film freinantl’évaporation).

Le retrait hydraulique à long terme

Il est dû à un départ lent de l’eau en atmosphèresèche. Il varie suivant les ciments (nature, finesse) etil est proportionnel au dosage en volume absolu dela pâte pure.

Le retrait thermique

Il est dû à des baisses rapides de température pro-venant :• soit du ciment lui-même lors de son hydratationaux premiers âges, qui provoque une élévation detempérature, suivie de son refroidissement ;• soit des variations climatiques du milieu.Ces deux causes additionnent parfois leurs effets.Les effets de la première peuvent être réduits en uti-lisant des ciments à faible chaleur d’hydratation.L’ordre de grandeur du retrait total est de 200 à300 µm/m pour un béton usuel.

■ Les déformations sous charge instantanée

Comme tous les autres matériaux, le béton a uncomportement élastique linéaire pour des chargesmodérées de courte durée, c’est-à-dire que ses

déformations sont proportionnelles aux chargesappliquées.Le module d’élasticité instantané Ei au jour j d’unbéton courant est lié à sa résistance en compressionau même âge par une relation empirique telle que :Ei = 11 000 3��Rcj (en MPa) (règles BAEL 91).Rcj = résistance à la compression au jour j. Ei est leplus souvent compris entre 30 000 et 35 000 MPa.

■ Les déformations sous charge de longue durée : le fluage

Au-delà d’une certaine charge (approximativementla moitié de la résistance ultime à la compression), lebéton se comporte comme un corps plastique. Aprèssuppression de la charge, il subsiste une déforma-tion résiduelle permanente, c’est ce qu’on appelle lephénomène du fluage.On admet que cette déformation due au fluage, quise poursuit durant de nombreux mois (voire années),est de l’ordre de trois fois la déformation instantanée.

(1)

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Diagramme de fluage.

∆II

RE

=

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Les possibilités du béton

Le béton, qu’il soit armé ou non, est présent partoutoù l’on construit, et il doit cette présence à ses nom-breuses qualités.• Sa durabilité : le béton résiste très longtemps auxsollicitations physico-chimiques liées aux conditionsd’emploi, aussi bien qu’à l’environnement. On peut,en fait, assigner aux ouvrages en béton la durabilitéchoisie en fonction de critères technico-écono-miques retenus.• Ses caractéristiques lui permettent de répondreaux multiples exigences imposées au bâtiment :sécurité, stabilité statique et dynamique, tenue au feu,

étanchéité, thermique, acoustique et bien entenduesthétique. A toutes ces exigences, le béton peut apporter une réponse en jouant sur sa compositionet la conception des éléments.• Le béton est un matériau très divers qui sait adap-ter ses performances selon son emploi : on pourradévelopper des hautes résistances mécaniques, ouchercher des gains de poids ou des solutions pluséconomiques. Le béton peut tantôt satisfaire les plusgrandes exigences esthétiques ou tenir un rôlemoins apparent, apportant son concours indispen-sable dans les structures.• Le béton est aussi ce matériau moulable suscep-tible d’épouser toutes les formes, des plus massivesaux plus délicates.

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5.2 Domaines d’emploi et fonctions du béton

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Les domaines d’emploi du béton

■ Le bâtiment

Le béton tient une place essentielle dans l’urbanis-me moderne. Cela semble normal lorsqu’on consi-dère sa participation dans la construction de loge-ments : pour les murs, 80 % des techniques en indi-viduel, plus de 90 % en collectif pour les structures ;pour les planchers le béton est pratiquement lematériau exclusif.Le béton s’est également largement imposé dans lesautres secteurs de la construction : bureaux, hôpi-taux, locaux scolaires, ainsi que dans les grands édi-fices publics et les bâtiments industriels.

■ Les travaux publics

Les ponts

Les progrès techniques, et en particulier l’évolutiondes caractéristiques du béton, permettent de réaliserdes portées atteignant 500 m pour les ponts hau-bannés.

Les tunnels

Pour les grands tunnels, dont les exemples se multi-plient dans le monde, le béton est soit coulé en place,soit utilisé dans des voussoirs préfabriqués. Ceux-cisont posés à l’avancement de la machine à forer – letunnelier – et permettent de « chemiser » la galerie.

Les barrages

Les grands barrages sont le plus souvent en bétonpermettant des implantations dans les sites les plusdifficiles.

Les routes

La chaussée béton prend une part de plus en plusimportante dans les grandes voiries routières etautoroutières, grâce au développement de tech-niques modernes : béton armé continu, dalle épais-se, traitement de surface.Les voiries à faible trafic montrent un regain d’intérêtpour les solutions béton, qui leur assurent durabilitéet faible coût d’entretien.

Autres ouvrages

Il faut également citer les ouvrages hors du commun :structures offshore ou centrales nucléaires, dont lesexigences requièrent des bétons aux caractéris-tiques mécaniques et à la durabilité élevées.

Le béton et ses fonctions dans le bâtiment

Dans un bâtiment, diverses fonctions sont assuréespar le gros œuvre ; on peut les ramener à quatrefonctions essentielles :• fonction structure ;• fonction plancher ;• fonction enveloppe ;• fonction couverture.Le béton apporte dans ces quatre fonctions uneréponse très largement positive à la satisfaction desexigences qu’est en droit d’avoir l’utilisateur.

■ La fonction structure

La structure, que l’architecte Claude Parent définitcomme « l’organisation de la matière destinée àrecevoir et à transmettre les efforts », est particuliè-rement bien assumée par le béton, armé ou précon-traint.Outre sa résistance mécanique, sa souplesse d’utili-sation autorise la continuité de la forme favorisant latransmission des efforts dans les différents élé-ments : poteaux, poutres, voiles porteurs, planchers.D’autres exigences indispensables pour cette fonc-tion sont également satisfaites, notamment la dura-bilité et la tenue au feu, mais aussi l’aspect qui four-nit à l’architecte une grande liberté d’expression.

■ La fonction plancher

Le béton est le matériau quasi exclusif des plan-chers des constructions modernes en immeublescollectifs comme individuels.Outres ses qualités mécaniques ou de sécurité encas d’incendie, il apporte par sa masse l’isolationacoustique indispensable entre logements oubureaux, ainsi qu’un confort dû à son inertie ther-mique, aussi bien l’hiver que l’été.Les systèmes de planchers peuvent se ramener àquatre familles :• les planchers coulés en place (dalles pleines) ;• le système poutrelles armées ou précontraintesplus entrevous (hourdis) ;• les prédalles complétées par du béton coulé enœuvre ;• les dalles finies, alvéolées le plus souvent, de véri-tables composants qu’il suffit d’assembler sur lechantier.

■ La fonction enveloppeCette fonction est remplie par les murs extérieurs de la construction qui doivent apporter tenue méca-nique, étanchéité, isolation thermique et phonique,protection contre l’incendie, et bien entendu aspectesthétique.Le béton apporte une réponse à cette fonction sousdes formes multiples :• béton banché coulé en place ;• panneaux préfabriqués à isolation intégrée ou rap-portée ;• éléments maçonnés constitués par des blocs auxcaractéristiques variées : blocs creux ou pleins, blocsà bancher, blocs isolants, blocs de parement ; c’estla formule traditionnelle de la construction indivi-duelle ou du petit collectif.Les possibilités de finition et de coloration du bétonoffrent au concepteur un large éventail de parementsen béton apparent.

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■ La fonction couverture

Elle peut être assurée dans les immeubles collectifspar une dalle béton sur laquelle est rapportée l’étan-chéité et éventuellement un dallage lorsque la dalledoit être circulable ou utilisée en terrasse accessible.Les tuiles en béton teinté dans la masse sont de plusen plus employées.Elles apportent leurs caractéristiques de durabilité,mais aussi leurs aspects variés, permettant de lesintégrer aux sites les plus exigeants.

Des bétons adaptés aux besoins

Les progrès accomplis depuis quelques décenniespermettent une très bonne adaptation du béton auxdiverses exigences des utilisateurs :• les ciments offrent une gamme étendue de carac-téristiques : résistance, vitesse de prise, coloration ;• les adjuvants permettent d’améliorer la mise enplace du béton, sa compacité ou son durcissement ;• les granulats permettent par leur variété de modu-ler les propriétés du béton : aspect, poids, dureté desurface, couleur.Tous les ouvrages réalisés aujourd’hui en béton,armé ou non, bénéficient de bétons formulés pourrépondre aux contraintes du chantier, et mis enœuvre grâce à des techniques en évolution constante :vibration, traitement thermique, traitements de surface.Parmi les bétons très divers utilisés, on peut citer :

■ Les bétons apparents

Les propriétés architecturales du béton permettentde jouer sur les trois facteurs de l’apparence :• la teinte est apportée par le choix des composants(ciments, sables, gravillons et éventuellement pig-ments) ;• l’aspect résulte de la variété des matériaux et deleur traitement, qui donnent à la surface du bétonune texture plus ou moins lisse, des reliefs qui fontjouer la lumière ;• la forme a pu se développer dans toute sa variétégrâce à la plasticité du béton et à l’emploi de cof-frages ou de matrices qui permettent de mouler lebéton au gré de l’imagination du concepteur.

■ Les bétons légers

L’intérêt des bétons légers réside dans le gain impor-tant qu’on peut réaliser sur le poids propre de l’ou-vrage. Les bétons légers présentent des massesvolumiques qui vont de 300 à 1 800 kg/m3, contre2 300 kg/m3 pour un béton classique. Cette qualitéest également recherchée dans les bétons isolantsthermiques, la conductivité variant dans le mêmesens que la densité.Les bétons légers sont obtenus en jouant sur lacomposition (bétons caverneux) ou sur l’emploi degranulats allégés (argile expansée, polystyrèneexpansé, liège).On peut également créer des vides par une réactionprovoquant un dégagement gazeux ; c’est le cas dubéton cellulaire.

■ Les bétons lourds

A l’inverse, l’emploi de granulats très denses (baryti-ne, magnétite) permet la réalisation de bétons demasse volumique dépassant 3 000 kg/m3.Ces bétons sont utilisés dans la protection contre lesradiations ou pour réaliser des culées, des contre-poids, etc.

■ Les bétons Hautes Performances (HP)

Ces nouveaux bétons atteignent des résistances deplus de 100 MPa, grâce à l’emploi de fines (essen-tiellement fumées de silice) et de superplastifiants.Leur très forte compacité leur confère une très gran-de durabilité qui, jointe aux résistances élevées, lesprivilégie pour les ouvrages très sollicités – à courtet à long terme – ou en ambiance agressive.

■ Les bétons de fibres

Les diverses fibres, dont les caractéristiques sontdéveloppées au chapitre 3.3 sont utilisées dans desdomaines variés : éléments rapportés en réhabilita-tion, pièces minces architectoniques, éléments déco-ratifs, dallages industriels, bardages, tuyaux.

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Les deux filières de la réalisation d’un ouvrage en béton

Un ouvrage en béton est soit coulé en place sur lechantier, soit réalisé à partir d’éléments préfabriquésmoulés en usine ou in situ.

■ Le béton coulé en place

Cette solution, la plus développée (plus de 70 % dubéton consommé), a bénéficié ces dernières annéesd’améliorations des techniques d’élaboration dubéton (béton prêt à l’emploi) et de sa mise en œuvresur chantier : béton pompé, coffrages plus perfor-mants, plus sûrs et mieux adaptés aux besoins –banches, tables, coffrages tunnels, coffrages glis-sants. La qualité du béton s’en trouve améliorée,ainsi que sa finition.Le bétonnage sur chantier est prépondérant :• pour les ouvrages de volume important, impos-sibles à réaliser par d’autres moyens : fondations,poutres de forte section, massifs ;• pour les ouvrages courants dont la réalisation surchantier est d’un moindre coût (murs banchés, dallespleines, poteaux) ou d’ouvrages comportant peud’éléments répétitifs ;• pour les liaisons et la solidarisation de pièces pré-fabriquées.

■ Le béton manufacturé

Cette industrie relativement récente a vu son déve-loppement se préciser au cours des vingt dernièresannées au travers d’une spécificité axée sur deuxdomaines :• des composants standardisés ne nécessitant pasde moyens de manutention trop lourds : blocs, pou-trelles, tuiles, pavés, tuyaux, éléments de voiries ;

• des éléments en béton apparent dont la finition etla qualité exigées par l’utilisateur ne sont que trèsdifficilement réalisables sur chantier.Cette spécialisation, allant dans le sens de la quali-té, a permis à ces produits d’être plus compétitifsdans un marché devenu plus difficile.

Le béton et la qualité

Le matériau béton est bien placé dans la compétitionpour la qualité, à tous les stades de son élaboration.

■ La qualité des constituants

Les ciments sont pratiquement tous normalisés etfont l’objet de la marque de qualité CE + NF. Les gra-nulats et les adjuvants font également l’objet denormes de définitions et de spécifications trèsdétaillées (voir les chapitres 1.2, 3.1 et 3.2).

■ La qualité du béton ou des éléments manufacturés

Le BPE et la plupart des usines produisant des élé-ments manufacturés soit font l’objet d’une certifica-tion de la centrale ou de l’usine, soit produisent desmatériaux eux-mêmes assujettis à des marques dequalité. Les contrôles effectués et leur suivi par unorganisme certificateur sont autant de garantiespour l’utilisateur.

■ Le plan qualité sur le chantier

De nombreuses entreprises mettent en place desplans qualité sur le chantier, qui impliquent l’emploide matériaux conformes aux normes et leur mise enœuvre conformément aux textes officiels.

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Multiples domaines d’emploi du béton, dans les façades

comme dans les poutres et les poteaux préfabriqués,

dans les barrages comme dans les voussoirs de ponts

ou les plates-formes off-shore.

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Le béton manufacturé apporte aux bâtiments et aux sols

ses composants standardisés : blocs, claustras, pavés...

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CONSEIL


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Objet

Le béton est un mélange dont la composition a uneprofonde influence sur ses caractéristiques ; mais siles caractéristiques attendues sont la plupart dutemps bien définies, la mise au point du bétonapproprié peut s’avérer plus délicate.Les paramètres sont en effet nombreux :• les données du projet : caractéristiques méca-niques, dimensions de l’ouvrage, ferraillage...• les données du chantier : matériel de mise enœuvre, conditions climatiques...• les données liées aux propriétés du béton : mania-bilité, compacité, durabilité, aspect...On mesure donc l’importance de l’étude de la com-position du béton, d’autant plus nécessaire que lescaractéristiques requises sont élevées.

Rappel des caractéristiquesrecherchées pour un béton

Les caractéristiques détaillées dans le chapitre 5.1peuvent être rappelées :

■ A l’état frais

La maniabilité, propriété du béton caractérisée pardes mesures de consistance, est indispensable pourpermettre la mise en œuvre du béton dans lesmoules ou les coffrages, dont les formes sont parfoiscomplexes.Dans le béton armé, elle doit permettre d’assurer lacompacité du béton dans l’ouvrage, et le bon enro-bage des armatures. Il ne faut pas perdre de vue quela maniabilité doit être adaptée aux moyens de miseen œuvre du chantier : un béton de consistance trèsferme nécessite des moyens de vibration appropriés.

■ Pour le béton durci

• La porosité (pourcentage de vides rapporté auvolume total) est essentielle, car elle conditionne lescaractéristiques mécaniques et la durabilité dubéton.• La résistance mécanique est un critère souventdéterminant, surtout la résistance à la compression.• La durabilité est liée à la résistance aux agressionsphysico-chimiques du milieu environnant (effet du

gel, pollution atmosphérique...) et aux sollicitationsmécaniques de l’ouvrage.

Comment déterminer la composition du béton ?

L’obtention des caractéristiques requises pour lebéton passe impérativement par la mise au point decompositions qui sont aussi nombreuses que le sontles cas d’emploi du béton.Cette multiplicité constitue toute la difficulté de ladétermination de la composition optimale. C’est laraison pour laquelle la démarche retenue comportele plus souvent deux phases.• Approche d’une composition, soit de façon gra-phique à partir de méthodes telles que celle deFaury ou de Dreux, soit de façon expérimentale (parexemple à partir de la méthode LCPC de Baron etLesage). Il faut préciser que ces différentesméthodes sont basées sur la recherche d’une com-pacité maximale conformément aux théories deCaquot sur la composition granulaire des mélanges,que les connaissances actuelles sur le béton ontconfirmées pour l’essentiel.• La deuxième phase consiste à ajuster expérimen-talement cette composition en fonction des résultatsobtenus par des essais effectués en laboratoire(essais d’étude) ou dans les conditions du chantier(épreuves de convenance).

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5.3 Composition des bétons courants

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L’approche de la composition

■ Dosage en ciment

Pour bien comprendre le caractère primordial dudosage en ciment, il faut rappeler que celui-ci remplitdeux fonctions essentielles dans le béton :

La fonction de liant

Elle est déterminante dans la résistance du béton,qui dépend de la nature du ciment, de sa proprerésistance et de l’évolution de son durcissement.

La fonction filler

Le ciment complète la courbe granulométrique dubéton dans les éléments fins.Il faut noter que le développement dans le temps deshydrates du ciment colmate progressivement lescapillaires, contribue à diminuer la porosité d’en-semble du béton et améliore notablement sa durabi-lité.Les abaques de G. Dreux, exposées au paragraphesuivant, reposent sur cette approche qui privilégie la« fonction liant », donc la résistance. Le ratio C/E(dosage en ciment sur dosage en eau) est calculé àpartir de la formule :

Rb 28 = G Rc (C/E – 0,5)expression simplifiée inspirée de la formule de Féret.Rb 28 = résistance à la compression du béton à 28 jours.Rc = résistance réelle du ciment.G = coefficient x 0,5.Il faut cependant rappeler que la « fonction filler »conduit à un dosage en ciment supérieur aux valeurshabituellement fixées par les cahiers des charges oules documents normatifs.La norme XP P 18-305 pour le béton prêt à l’emploifixe des dosages minimaux en ciment C liés auxclasses d’environnement (voir le chapitre 5.1)

Par exemple, pour un béton armé courant de résis-tance caractéristique 28 à 30 MPa, en classe d’envi-ronnement 2b, le dosage minimal en ciment préconi-sé est de 280 à 310 kg/m3, selon que le gel retenupour la classe d’environnement est susceptibled’être modéré ou sévère (classe 2b1 ou 2b2).

■ Le dosage en eau

Le dosage en eau est un facteur très important de lacomposition du béton. On pressent bien l’influencequ’il a sur la porosité du béton par les vides créés,lorsque l’eau s’élimine pour différentes raisons (éva-poration, combinaison chimique, absorption par lesgranulats).Par exemple, avec un E/C, couramment utilisé, de0,5, on estime que la moitié de l’eau de gâchage sertà l’hydratation du ciment, l’autre moitié est une eaude mouillage interstitielle qui contribue à la plasticitédu béton requise pour sa mise en œuvre. Ce sché-ma est modifié par l’emploi croissant d’adjuvantscontribuant à améliorer la plasticité sans nécessiterune présence d’eau en excès, nuisible aux caracté-ristiques finales du béton durci.Toutes ces raisons soulignent la difficulté de la déter-mination du dosage en eau, qu’on a tendance àapprocher, par exemple en le déduisant de l’expres-sion C/E précédemment adoptée et en l’affinantgrâce à des essais pratiqués dans les conditions duchantier, qui ont le mérite d’intégrer des paramètresdifficiles à quantifier.

■ Le choix et le dosage des granulats

Une fois déterminée la dimension maximale des gra-nulats compatible avec les exigences de l’ouvrage(espacement des armatures entre lesquelles doitpouvoir passer le béton, épaisseur d’enrobage decelles-ci, forme de la pièce à mouler), on doitrésoudre les deux problèmes suivants :

Le choix des classes granulaires

La plupart du temps, un béton est composé à partirde deux classes : un sable de type 0/5 et un gravillon5/12,5 ; 5/15 ou 5/20.On peut également utiliser deux classes de gra-villons dans des compositions plus élaborées, lors-qu’on cherche à se rapprocher d’une granulométriecontinue.Pour répondre à des performances particulières, ilexiste des bétons spéciaux qui font appel à davanta-ge de classes.

Le dosage des granulats

Deux facteurs ont longtemps été considérés commeayant une influence sur les qualités du béton.• La proportion relative gravillons/sable est traduitepar le facteur G/S que les études récentes ont faitapparaître comme moins importante qu’on ne lepensait auparavant, lorsque ce facteur reste inférieurà 2.• La granulométrie du sable peut par exemple êtrecaractérisée par son module de finesse (voir le cha-pitre 3.1). Le module de finesse d’un sable pourbéton est généralement compris entre 2,2 et 2,8.

■ Choix et dosage des adjuvants

Selon la propriété recherchée pour le béton, on aurarecours à l’adjuvant approprié : accélérateur de prise,plastifiant, entraîneur d’air... (voir le chapitre 3.2).Compte tenu de la diversité des produits disponibles,on se conformera aux prescriptions du fabricant pourleur emploi et leur dosage, et on vérifiera leur «convenance » avec le ciment.

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Une méthode pratique de composition : Les abaques de G. Dreux

Les abaques de G. Dreux, présentés dans l’ouvragede l’auteur : « Nouveau guide du Béton », permettentl’approche d’une composition de béton répondant àdes objectifs déterminés, moyennant quelques hypo-thèses pratiques.Il est bien évident qu’une fois déterminée cette com-position, elle devra, ainsi qu’il a été souligné, êtresoumise à l’expérimentation afin d’affiner lesdosages indiqués.

■ Les données retenues

En général, les données suivantes sont déterminéespar le cahier des charges du projet, les conditions duchantier ou la disponibilité des matériaux.

La résistance à la compression du béton

Les bétons usuels doivent présenter une résistanceà 28 jours, qui varie entre 15 MPa et 40 MPa selonleur emploi.

La maniabilité du béton

En fonction des caractéristiques de l’ouvrage et desmoyens du chantier, on se fixe pour le béton unemaniabilité caractérisée par la consistance et mesu-rée par l’essai au cône d’Abrams.

■ Les granulats choisis

Pour l’établissement des abaques, trois classes gra-nulaires ont été retenues :• un sable 0/5 ;• deux gravillons 5/12,5 et 5/20.Le ciment choisi est de classe 32,5 selon les hypo-thèses de la théorie de G. Dreux.

■ Considérations pratiques sur les abaques

Compte tenu des conditions du chantier, certaineshypothèses pratiques ont été retenues.Les dosages des granulats sont exprimés en volu-me, ce qui est évidemment moins satisfaisant qu’undosage en poids, mais néanmoins suffisant pour laplupart des bétons courants.Pour tenir compte de l’apport d’eau dû au degréd’humidité des granulats, les abaques introduisentun correctif selon les critères suivants.

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Ces indications ne restent qu’approximatives, et seuleune mesure d’affaissement au cône est susceptiblede préciser le dosage en eau à adopter.Les abaques donnent une indication sur la réductiond’eau procurée par l’emploi d’un adjuvant de type

plastifiant réducteur d’eau, mais il est évident que lavaleur réelle de réduction d’eau sera à déterminerselon l’adjuvant utilisé, son dosage – et en fonctiondes indications données par le fabricant.

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L’utilisation des abaques

La démarche est la suivante :

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CAS D’UN BÉTON FIN = 12,5 mm.Abaque n° 1.On désire :1. Un béton très plastique (affaissement 10 cm)2. Une résistance moyenne : 20 MPa (environ)3. Ciment (classe 32,5).......................... 300 kg/m2

4. Sable 0/5 mm à l’état sec .................. 625 litres5. Gravaillons 5/12,5 mm....................... 705 litres6. Dosage en eau - point E7. On suppose que les granulats sont « mouillés »8. La lecture sur la grille donne 80 litres d’eau

environ à ajouter.www.allislam.net

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Exemples pratiques de composition

Les exemples suivants résultent de l’application desabaques, pour des bétons destinés à divers ouvra-ges, du béton de remplissage au béton précontraint,ce qui correspond à une plage de résistances encompression à 28 jours, allant de 15 à 40 MPa.La consistance recherchée a été prise dans tous lescas de type plastique (affaissement au cône 7 cm).Les granulats sont considérés comme secs ou trèsfaiblement humides. Le ciment est de classe 32,5. Ilfaut remarquer que, du fait des hypothèses retenuespour l’établissement des abaques, le dosage en eau(pour un abaque donné) est seulement dépendant

de la plasticité.Cette approche, qui risque d’être insuffisante dansbien des cas, nécessitera le plus souvent une confir-mation par des essais dont l’importance a déjà étésoulignée.Il faut enfin noter que la plage de résistances cou-verte par les abaques n’excède pas 30 à 45 MPa,domaine des bétons les plus courants. L’extra-polation au-delà de ces limites conduit notamment àdes dosages en ciment qui semblent peu conformesà la pratique.

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■ Bétons armés courants

Avec gravillons 5/12,5

Avec gravillons 5/20

■ Bétons non armés

Avec gravillons 5/12,5

Avec gravillons 5/20

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Fabrication de perles pour analyse en fluorescence X.

Éprouvettes après essai de rupture en compression.

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L’origine et le développement du BPE

L’appellation « Béton Prêt à l’Emploi » (BPE) estréservée au béton préparé en usine dans des instal-lations fixes (centrales) et transporté jusqu’au lieud’utilisation dans des camions malaxeurs (béton-nières portées), ou dans des camions bennes pourcertains bétons fermes.Les premières centrales de BPE sont apparues audébut du siècle aux États-Unis et en Allemagne, seu-lement en 1933 en France. Il fallut en fait attendre1963 pour assister au début de l’essor du BPE enFrance (24 centrales), plus de dix ans aprèsl’Allemagne et l’Angleterre dont l’expérience a étélargement mise à profit.Le tableau suivant montre le fort développement decette industrie entre 1965 et 1975 avec une partcroissante du pourcentage de ciment consommé enFrance : 33 millions de m3 de béton en 1989, utilisant38 % du ciment.On est cependant encore loin des taux de pénétra-tion observés aux USA, au Japon et au Canada, quidépassent 60 %.

Le nombre d’entreprises de BPE est passé de 18 en1963 à 610 en 1989.Le BPE, aujourd’hui, offre 1 500 centrales répartiessur tout le territoire, permettant de disposer presquetoujours d’une centrale dans un rayon maximum de20 à 30 km de tout chantier en France.

Les avantages du BPE

Parmi les avantages apportés par la fabrication dubéton en usine il faut souligner :

■ Les avantages techniques

En fonction des exigences du chantier, le BPE peutmettre au point et livrer les bétons les mieux adap-tés, dont les caractéristiques font l’objet d’un suivigrâce à des contrôles de laboratoire, qui permettentde s’assurer également de la conformité des consti-tuants.L’automatisation très poussée des centrales et laprécision des dosages contribuent à la régularité età la qualité des produits livrés.Les centrales disposent généralement d’une largegamme de produits : bétons adjuvantés, bétonsfluides, bétons légers, bétons colorés...

■ Les avantages économiques

Le BPE évite le gaspillage et l’immobilisation destocks sur le chantier, réduisant les investissementsen matériel et en hommes.Par la ponctualité des livraisons et grâce aux délaiscourts, la productivité des chantiers se trouve amé-liorée ; le prix de revient du mètre cube de béton estconnu avec beaucoup plus de précision que lorsqu’ildépend d’une fabrication sur chantier.

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5.4 Le béton prêt à l’emploi –BPE

ÉVOLUTION DE LA PRODUCTION FRANÇAISE

DU BÉTON PRÊT À L'EMPLOI

Le BPE partout, quels que soient les accès.

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■ La simplification de l’organisation du chantier

Les manutentions de constituants sont supprimées ;les variations de cadences de bétonnage sont mieuxabsorbées grâce à la souplesse des livraisons dubéton.L’emprise des chantiers sur la voirie est réduite et letrafic en amont du chantier limité.

■ Les services

La livraison est faite par camions adaptés, pour desquantités correspondant strictement aux besoins.Des pompes ou des camions équipés de tapis per-mettent de faciliter la mise en place du béton.Le BPE met enfin à la disposition des chantiers destrémies de stockage de béton ou de mortier.

Une fabrication industrielle

La production industrielle du BPE est un facteur dequalité des produits ; à tous les stades de la fabrica-tion, les équipements sont conçus pour assurer uneproduction diversifiée automatisée, fiable et rigou-reuse.

■ La réception et le stockage

Une centrale utilise généralement deux ou trois caté-gories de ciments stockés dans des silos de grandecapacité.Les granulats (sables et gravillons) sont stockés parcatégorie et à l’abri pour éviter mélange et possibili-té de pollution.L’eau et les adjuvants font également l’objet de pré-cautions grâce à des stockages en cuves protégées.

■ Le dosage

C’est un poste-clé, conçu pour une fabrication auto-matique à partir de compositions programmées dubéton.Le dosage pondéral des granulats et du cimentatteint une précision de l’ordre de 1 %.Après détermination de la teneur en eau des granu-lats grâce à des sondes électroniques, le dosage del’eau d’appoint est effectué de manière égalementpondérale.

■ Le malaxage

Le malaxage des constituants dans des malaxeurs àposte fixe est une garantie de régularité des bétons.Les malaxeurs sont généralement à axe vertical, cequi assure un brassage efficace des constituants ; lagâchée est déversée directement dans les camionsde livraison.

■ Le poste de commande

Les centrales sont commandées depuis un poste quiest le cerveau de la fabrication, de façon :• soit automatique (cas le plus général aujourd’hui) :l’opérateur sélectionne la composition programméedans la mémoire de l’ordinateur et inscrit le volumeà fabriquer ; les dosages et le malaxage se font alorsautomatiquement ;

• soit semi-automatique : le dosage des constituantsest affiché par l’opérateur ; le cycle de fabrication sedéroule alors automatiquement.

■ Le laboratoire de contrôle

Le laboratoire permet d’effectuer les essais sur lesmatières premières et sur les bétons à l’état frais oudurci.C’est la garantie du suivi des fabrications pour l’utili-sateur ; les résultats des contrôles usuels peuventêtre fournis aux clients.En outre, des contrôles supplémentaires, ou desessais pour une étude préalable de béton, peuventêtre effectués à la demande.

■ Le droit d’usage des centrales à béton titulaires de la marque NF

La marque NF est octroyée aux entreprises, pourune centrale à béton, dans les conditions prévuespar le règlement particulier de la marque NF« Bétons Prêts à l’Emploi préparés en usine ».Le titulaire du label NF exerce sur ses fabrications unautocontrôle permanent, qui fait l’objet, deux fois paran, d’une vérification et d’essais de recoupement parl’organisme de vérification (CEBTP). L’ensemble dela production doit être conforme à la norme XP P 18-305.

La gamme des produits

■ La norme XP P 18-305

La norme distingue deux catégories de bétons : les« bétons à caractères normalisés » (BCN), les« bétons à caractères spécifiés » (BCS) et introduitdes spécifications pour les bétons en fonction del’environnement de l’ouvrage.Cette approche constitue une nouveauté qui s’inscritdans l’esprit des normes européennes.Elle va dans le sens d’une meilleure adéquation dubéton utilisé et de l’ouvrage réalisé dans un environ-nement donné.

Les bétons à caractère normalisés

Les BCN sont des bétons pour lesquels le produc-teur, tout en conservant l’initiative de la compositiondans des limites fixées par la norme, garantit lescaractères suivants :• nature et classe du liant ;• granularité désignée par la dimension D du plusgros grain des granulats utilisés, limitée à 50 mm ;• consistance désignée par la valeur d’affaissement ;

• résistance caractéristique, valeur de la résistanceà la compression à 28 jours en MPa, garantie pourchaque lot, définie à la commande conformément àla norme et choisie de préférence dans les valeurs :

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Selon la destination de l’ouvrage, qui est souventprécisée à la commande (murs, planchers, poteaux),on choisira le béton présentant la résistance appro-priée ; on appelle parfois ces bétons « bétons à larésistance ».Le client peut également, après accord avec le four-nisseur, spécifier des caractères complémentairestels que le dosage minimal en ciment, la nature et laprovenance des constituants, ou toute spécificationrelative à l’évolution du durcissement du béton,notamment par temps froid (béton chaud, emploid’accélérateur de prise).Les constituants des bétons de type BCN doiventêtre conformes aux normes qui les concernent ; leciment doit être certifié CE + NF.

Désignation du béton

Elle comporte les indications dans l’ordre : BCN,désignation du liant, consistance, résistance, granu-larité, classe d’environnement (voir ci-dessous),référence de la norme.Exemple : BCN : CEM II/A 32,5 - P - B 30 - 0/20 - E2a - XP P 18-305

Les bétons à caractères spécifiés

Les BCS sont définis lors de la commande par leurcomposition, notamment le dosage en ciment, et pardes caractères autres que la résistance mécaniqueet la consistance.Pour ces bétons, appelés parfois « bétons à la com-position », le fournisseur garantit le respect desdosages et de la composition, mais ni la résistance,ni la consistance du béton.Pour tous les produits BCN et BCS, des adjuvantsconformes à la norme NF EN 934-2 peuvent être utilisés.

Classes d’environnement – Spécifications des bétons

Ainsi que cela a été souligné, la grande nouveauté de la norme XP P 18-305 révisée est l’introductiondeclasses d’environnement définies conformémentau tableau 1, et les spécifications qui en découlent

pour les bétons (tableau 2) applicables aussi bien auxBCS qu’aux BCN, notamment en ce qui concerne lesdosages minimums en ciment.

■ Les bétons et mortiers particuliers

L’un des avantages apportés à l’utilisateur par leBPE est la gamme des produits adaptés à desbesoins très diversifiés.Outre les bétons usuels, la plupart des centralesoffrent des produits spécifiques qui permettentd’élargir les applications, tout en apportant aux utili-sateurs la garantie d’une fabrication industriellefiable.Parmi les matériaux proposés, signalons :

Les bétons fluidifiés

Ces bétons présentent une exceptionnelle facilité demise en œuvre grâce à l’effet d’un superplastifiant.Sans modification de la teneur en eau, on atteint pourle béton un affaissement de l’ordre de 20 cm ; cetteconsistance se maintient entre 30 et 60 minutes, suivant les conditions ambiantes, avant de reprendresa valeur initiale.Les principales applications sont les ouvrages hori-zontaux, les bétons de hautes performances et, defaçon générale, tous les ouvrages à forte densitéd’armatures pour lesquels la mise en place du bétonse trouve facilitée.

Les bétons légers

Ce sont, soit des bétons de granulats légers (argileou schiste expansés), soit des bétons de type cellu-laire obtenus à partir d’agents moussants.La masse volumique de ces bétons (400 à 1 600 kg/m3) est un avantage dans les travaux deremplissages divers, la réhabilitation ou l’allégementdes structures.Leur faible conductivité thermique autorise leuremploi pour des travaux d’isolation.

Les bétons colorés

Des bétons colorés dans la masse par des colorantsminéraux sont aujourd’hui disponibles dans la plu-part des centrales de BPE.Ils peuvent être réalisés avec ciment gris ou cimentblanc et trouvent leurs applications dans les bétonsarchitecturaux, les ouvrages d’art, la voirie, les trot-toirs, les aires de jeux.

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Des centrales automatisées.

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Tableau 1 : Définition des classes d’environnement

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Tableau 2 : Spécifications des bétons en fonction des classes d’environnement

Classes d’environnement E

1 2a 2b1 2b2 3 4a1 4a2 4b 5a 5b 5c

BCN

Rapport maximal Eeff / (C + KA)1)

et

non armé 2) 0,7 0,6 0,55 0,5 0,55 0,5 0,5 0,55 0,5 0,45

BCS

armé 0,65 0,6 0,6 0,55 0,5 0,55 0,5 0,5 0,55 0,5 0,45précontraint 0,6 0,6 0,55 0,55 0,5 0,55 0,5 0,5 0,55 0,5 0,45

Rapport maximal A / (A+C)3)

additions calcaires 0,25 0,25 0,25 0,25 0,05 0,05 0,05 4) 4) 4) 4)

cendres volantes 0,3 0,3 0,3 0,3 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 4)

laitiers moulus 0,3 0,3 0,3 0,3 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 4)

fumées de silice 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,03 0,03 0,03fillers siliceux5) 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,05 0,03 0,03 4) 4) 4)

Teneur minimale en air du béton 2) 2) 2) 46) 46) 2) 2) 46) 2) 2) 2)

frais (en %)

Teneur minimale en ciment ouen liant équivalent (en kg/m3) 1) 7)

non armé 150 200 240 300 330 330 350 350 330 350 385armé 260 280 280 310 330 330 350 350 330 350 385précontraint 300 300 300 315 330 330 350 350 330 350 385

Nature du ciment 2) 2) 2) 2) 2) PM8) PM8) PM8) PM8) ES9) ES9)

BCN

Résistance caractéristiqueminimale à 28 jours (en MPa)

non armé 2) 16 20 28 32 32 35 35 32 35 40armé 22 25 25 30 32 32 35 35 32 35 40précontraint 30 30 30 30 32 32 35 35 32 35 40

BCNet

BCS

1) La teneur minimale en ciment ou en liant équivalent s’ applique à la charge définie en 3.15.

2) Absence de spécifications particulières.

3) Pour les classes 3 et 4, les spécifications prévues dans la norme NF P 15-317 sont également respectées.

4) Les additions éventuelles ne sont pas prises en compte pour le calcul du dosage en liant équivalent.

5) La norme pourra être révisée pour ces valeurs en fonction des recherches en cours.

6) Le respect de cette valeur implique l’utilisation d’un agent entraîneur d’air (voir NF P18-353).

7) Ces valeurs sont définies pour D = 20 mm.La quantité de liant équivalent à ajouter (+) ou à déduire (-) en pourcentage de la valeur indiquée, en fonctionde la dimension réelle du plus gros granulat, exprimée en millimètres, est :

D ≤ 12,5 D = 16 D = 25 D ≥ 31,5+ 10% + 5% - 5% - 10%

8) La composition de l’addition (teneur en sulfures, en sulfates, ...) permet au liant équivalent de respecter lesexigences de la norme NF P 15-317, ciments pour travaux à la mer.

9) La composition de l’addition (teneur en sulfures, en sulfates, ...) permet au liant équivalent de respecter lesexigences de la norme NF P 15-319, ciments pour travaux en eaux à haute teneur en sulfates.

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Les bétons routiers

Le développement des chaussées béton et de leurséquipements (séparateurs, bordures et caniveauxcoulés en place) a conduit à étudier des formulationsde béton appropriées.Les exigences de ces bétons (consistance, résistan-ce mécanique, résistance au gel et aux sels dedéverglaçage) ont amené les producteurs de BPE etles entrepreneurs de chaussées en béton à signerun protocole d’accord précisant notamment lesengagements réciproques pour les spécificationsdes bétons.Les bétons routiers sont utilisés dans la réalisationdes voies à grande circulation, ainsi que de nom-breuses voiries à faible trafic (voiries urbaines, delotissement, forestières ou agricoles).

Les mortiers retardés

Le BPE met à la disposition des chantiers des mor-tiers prêts à l’emploi retardés, qui ont l’avantage derester utilisables durant plus de 36 heures, mais dontla prise commence lorsqu’ils sont utilisés en faibleépaisseur.L’emploi de ces mortiers se développe pour les mon-tages de maçonnerie et les travaux de sols, dalles etchapes.

Les bétons de fibres

Les bétons comportant des fibres (acier, synthé-tiques) sont fournis par certaines centrales et ap-portent leurs performances en matière de résis-tance à la traction, résistance à la fissuration etdéformabilité.Ils trouvent leurs applications dans les sols indus-triels, la voirie, les ouvrages en béton projeté.

Le transport et la manutention

Pour les travaux routiers, le béton peut être trans-porté dans des bennes, mais le matériel le plus utili-sé est la bétonnière portée (toupie) dont la capacité

varie entre 4 et 10 m3, et dont la rotation assure unmalaxage continu favorable à la bonne homogénéitédu béton.Les ajouts d’eau, sauf spécification précise de lacentrale, sont interdits pendant le transport.De même, à part le superplastifiant, généralementajouté juste avant déchargement, les autres adju-vants ne doivent pas être incorporés en fin de trans-port.Le béton doit être protégé contre les risques d’éva-poration, de délavage ou de ségrégation.Le délai de transport ne doit pas dépasser 1 h 30(sauf traitement spécial), délai ramené à 45 mn partemps, chaud, où le risque de chute de maniabilitéest accru. L’emploi de retardateurs de prise ou deplastifiants permet généralement de s’opposer à cetype de difficultés.Le déchargement du béton sur le chantier se fait parune goulotte, après inversion du sens de rotation dela bétonnière.Des tubes emboîtés permettent de prolonger lerayon d’action de la goulotte jusqu’à 4 à 5 m encontrebas.Au-delà, des tapis transporteurs équipent souventles camions et permettent de décharger le béton jus-qu’à 10 m du camion et sur des hauteurs de 5 à 6 m.Pour des chantiers d’une certaine importance, d’ac-cès difficile, un camion pompe permet de livrer lebéton à des distances dépassant 150 m, et sur deshauteurs de 100 m et plus, pour les pompes les pluspuissantes.

Les organismes professionnels du BPE

Le Syndicat National du Béton Prêt à l’Emploi(SNBPE), 3, rue Alfred-Roll, 75017 Paris, regroupeplus de 70 % de l’activité de la profession.Les informations sur les produits peuvent être égale-ment obtenues auprès des 19 Syndicats régionauxdont les adresses sont disponibles au SNBPE.

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Quels bétons et pourquoi ?

Les domaines d’application du béton s’élargissentsans cesse et requièrent des matériaux plus perfor-mants et mieux adaptés.La recherche et l’expérience acquise ont permis dedéboucher sur une nouvelle génération de bétonspermettant de construire plus durable, plus vite etpourtant plus économique.Parmi ces bétons, il faut citer :• Les bétons fluides qui ont bénéficié de l’apportd’une catégorie particulière d’adjuvants : les super-plastifiants.La plasticité de ces bétons apporte d’exceptionnelsavantages en matière de manutention (bétonpompé) et de mise en œuvre.• Les bétons de hautes et très hautes perfor-mances. L’accroissement des performances élargitle champ d’application des ouvrages de travauxpublics ou de bâtiment nécessitant haute résistanceà court ou long terme, allégement des structures etdurabilité.• Les bétons légers. Le gain de poids est appréciédans tous les domaines où le poids propre des élé-ments joue un rôle important, notamment pour laréhabilitation des bâtiments anciens.Ils constituent aussi un apport d’isolation thermique.

• Les bétons de fibres. Leur résistance à la trac-tion, à la fissuration et au choc, la possibilité de réa-liser des éléments de faible épaisseur leur ouvrentde vastes débouchés, dans la préfabrication aussibien que sur chantier.• Les bétons à prise et durcissement rapides.• Les bétons réfractaires.

Les bétons fluides

■ Principe

Les progrès dans la fluidification du béton ont étérendus possibles par l’évolution des plastifiantsréducteurs d’eau : les molécules anioniques à chaî-ne longue, de mélamine ou de napthalène ont rem-placé les lignosulfonates au pouvoir de recouvre-ment des grains de ciment limité et ont donné nais-sance à une nouvelle famille de plastifiants :les superplastifiants (parfois appelés fluidifiants)dont les caractéristiques sont détaillées dans le chapitre 3.2.La plasticité du béton avec superplastifiant se trouveconsidérablement améliorée : le gain d’affaissementest d’au moins 8 à 10 cm. Le dosage en superplas-tifiant varie entre 0,5 et 3 % du poids de ciment ; ilest fonction du béton et du couple ciment-adjuvant.

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5.5 Les bétons spéciaux

Le viaduc de Sylans.

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■ Propriétés

Le béton frais présente une remarquable ouvrabilitéfacilitant son pompage et sa mise en œuvre. Leseffets de la fluidification sont limités dans le temps(30 à 60 mn), le béton retrouvant ensuite progressi-vement sa consistance initiale. Malgré sa plasticité,on ne constate ni ségrégation, ni ressuage, la cohé-sion étant maintenue.Les caractéristiques du béton durci, notamment sarésistance mécanique, ne sont pratiquement pasmodifiées par rapport au même béton non adjuvan-té.Le béton fluide durci présente un très bon aspect desurface, homogène, exempt de défauts (bullage, nidsde gravillons, faïençage).

Ses propriétés entraînent d’autres avantages :• rapidité de mise en œuvre et de serrage ;• facilité de bétonnage des éléments fortement fer-raillés ;• la vibration peut être réduite, voire dans certainscas supprimée pour les dallages peu armés ;• auto-étalement : il suffit d’un talochage ou d’unréglage léger pour niveler la surface du béton.Il faut, par contre, veiller à la stabilité et à la bonneétanchéité des coffrages, plus sollicités par la pous-sée provoquée par ces bétons, qui se comportentcomme un fluide de masse volumique élevée.

■ Applications

Le béton fluide trouve ses applications lorsqu’inter-vient l’une des conditions suivantes :• manutention par pompage ;• ouvrages en béton de forme complexe ou forte-ment ferraillés, ouvrages minces ;• ouvrages horizontaux (dallages, voiries et plan-chers).Parmi les applications usuelles, on peut citer :• les sols industriels ;• les travaux routiers ;• les fondations, les radiers généraux ;• les poutres présentant une grande densité d’arma-tures ;• les voiles minces, les poteaux fortement armés.

Les bétons de hautes et très hautes performances

Les bétons de hautes performances font l’objet d’unchapitre spécial : 5.6.

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Béton HP (60 MPa) choisi aussi pour sa rapidité de prise : le pont de l’Ile-de-Ré.

Béton fluide en travauxroutiers ou dallages.

Influence d’un superplastifiant sur l’ouvrabilité du béton.

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Les bétons légers

Les bétons usuels ont une masse volumique de 2 300 à 2 400 kg/m3, qu’il est économiquement ettechniquement intéressant de pouvoir réduire, touten obtenant pour les bétons ainsi allégés des carac-téristiques correspondant aux exigences desdomaines d’emploi.Cette réflexion a incité les chercheurs, depuis plu-sieurs années, à analyser les diverses voies d’allé-gement envisageables pour le béton.Il existe deux filières dans cette recherche :• remplacer les granulats habituels, qui constituentenviron les 3/4 de la masse du béton, par des gra-nulats plus légers, naturels ou artificiels (voir le cha-pitre 3.1) ;• créer dans un mélange de sable et de ciment unegrande quantité de cellules d’air grâce à une réac-tion provoquant un dégagement gazeux (bétons cel-lulaires) ou grâce à un agent moussant (bétonsmousse).La première voie est largement utilisée aux États-Unis ou en URSS, chacun de ces pays produisantannuellement plus de 25 millions de m3 de bétonsd’argile ou de schiste expansés.Les développements en France restent plus limités.La seconde filière est exploitée assez largement enusine pour les bétons cellulaires qui, après autocla-vage destiné à favoriser la réaction chaux/silice, four-nissent une gamme variée d’éléments manufacturés: blocs, cloisons, dalles de planchers, bardagesindustriels.Les bétons mousse sont moins répandus, car ils res-taient jusqu’ici tributaires de variations dimension-nelles liées à leur teneur en eau, à l’origine de cer-taines difficultés (fissuration, tenue des enduits).Il semble que certains procédés de moussagerécents, appliqués en usine ou sur chantier, aient, engrande partie, résolu ce type de difficultés.

■ Propriétés

• L’allègement des bétons est, bien entendu, leurpropriété essentielle, mais il en découle un certainnombre d’autres.Le gain de poids, qui peut être plus ou moins impor-tant selon le type de béton, entraîne une diminutiondes sections des éléments structurels assurant latransmission des charges. La diminution de poidsconduit à des économies de transport des élémentsmanufacturés et à des gains de productivité à lamise en œuvre.

• La corrélation entre la masse et le coefficient deconductivité se traduit par des performances enmatière d’isolation thermique, d’autant plus sen-sibles que la densité diminue.

• Grâce à leur conductivité et à leur coefficient dedilatation plus faibles, les bétons légers présententune résistance au feu meilleure que celles desbétons courants, à condition que les granulats soientd’origine minérale. A épaisseur égale, l’améliorationdu degré coupe-feu est de 1/2 heure à 1 heure.• Du fait d’un module plus bas qui leur confère unecertaine élasticité, les bétons de liège, de bois ou depolystyrène peuvent être utilisés en sous-couche dedalle flottante : ils créent une coupure efficace à latransmission des bruits de choc.• La structure cellulaire des bétons légers leur assu-re une bonne imperméabilité à l’eau, tout en favori-sant les échanges de vapeur ; ce sont des matériauxrésistant au gel.

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Bloc coffrant en béton-bois avec isolant incorporé.

Béton de polystyrène en chape isolante.

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■ Caractéristiques mécaniques

La variété des bétons légers donne lieu à un éventailde densités et de résistances très ouvert.Les masses volumiques s’échelonnent de 250 kg/m3pour les bétons de polystyrène à faible dosage enciment, jusqu’à 1 800 kg/m3 pour certains bétonsd’argile expansée.Corrélativement, on constate une évolution desrésistances à la compression de 1 jusqu’à 30, voire40 MPa.La résistance à la traction, 9 à 10 fois plus faible quecelle à la compression pour un béton classique, peutatteindre un pourcentage plus élevé pour les bétonslégers : de l’ordre de 20 % de Rc et même 35 à 40 %pour les bétons de bois, dont les granulats jouent lerôle de fibres qui « arment » le béton.Le module d’élasticité, qui caractérise la loi de com-portement déformation-charge du matériau, est plusfaible que celui des bétons plus lourds, ce quiconduit à des flèches plus fortes des pièces fléchies.Cette déformabilité supérieure a pour contrepartieune résistance améliorée aux chocs et aux vibrations.

■ Applications

Les bétons légers sont soit manufacturés, soit fabri-qués et coulés sur le chantier.Dans les éléments manufacturés entrent les petitséléments : blocs, hourdis, éléments creux pour lesconduits de ventilation ou de fumée – ou les élé-ments de plus grandes dimensions : cloisons, dallespour bardages, éléments de planchers.Le béton coulé sur chantier trouve de nombreusesapplications dans le bâtiment, mais aussi commematériau de remplissage ou en sous-couche dansles sols et les chaussées :• bâtiment : sous-couches de dalles et planchers,formes de pente ; réhabilitation de planchersanciens, dalles d’isolation sur terre-plein, chapes ;bâtiments agricoles ;• applications routières et en sols : sous-couches dechaussées et sols d’aires de jeux ;• remplissages divers (fouilles, cavités).

Les bétons lourds

A l’inverse des bétons légers, l’emploi de granulatstrès denses (barytine, hématite) permet la réalisation debétons de masse volumique dépassant 3 000 kg/m3.Ces bétons sont utilisés dans la protection contre lesradiations ou pour réaliser des culées, des contre-poids, etc.

Les bétons de fibres

L’idée d’incorporer des fibres dans le béton pouraméliorer ses caractéristiques est déjà ancienne etconstitue la transposition des renforcements utilisésdepuis fort longtemps dans des matériaux comme laterre, l’argile ou le plâtre.

■ Les types de fibres pour bétons et mortiers

Pendant longtemps, la seule fibre utilisée avec lemortier a été la fibre d’amiante. Le procédé, brevetéen 1901 par Hatschek sous le nom d’« amianteciment », a connu de nombreuses applications sousforme de plaques, de tuyaux ou de conduits. Parmiles fibres qui sont apparues plus récemment (vers1965), les plus courantes sont celles de verre,d’acier, de polypropylène ou de carbone, dont lescaractéristiques font l’objet du chapitre 3.3.L’objectif recherché est de procurer au béton unmeilleur comportement à la traction et à la déforma-tion, permettant ainsi de réaliser des éléments defaible épaisseur, plus ductiles et présentant unebonne résistance à l’usure ou aux chocs.Les fibres, à la différence des armatures classiques,sont réparties dans la masse du béton et donnentdonc naissance à un matériau qui, considéré àl’échelle macroscopique, présente un comportementhomogène.

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Dalles de murs en béton cellulaire, pour bâtiments industriels.

Bétons de fibres pour des formes exceptionnelles ou pour des panneauxdécoratifs.

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■ Propriétés

Les propriétés peuvent varier selon la nature desfibres utilisées ; néanmoins, on peut dégager cer-taines tendances qui sont communes à l’ensembledes bétons de fibres.• Le matériau béton, sans fibres, présente une loi decomportement en traction (déformation en fonctionde l’effort appliqué) à caractère fragile. Cette loi semodifie lorsqu’on incorpore des fibres au béton. Lematériau, au lieu de se rompre brutalement, s’allon-ge tout en se microfissurant, les fibres ayant pourrôle de différer la rupture en s’opposant à la propa-gation des fissures (effet de « couture »). L’amélio-ration apparente de résistance à la traction ne seretrouve pas au niveau de la compression, qui n’estpratiquement pas modifiée.• Les fibres s’opposent à la fissuration du béton, dumoins aux fissures larges qui sont remplacées pardes microfissures moins préjudiciables à la durabili-té et à l’esthétique.• Parmi les autres propriétés qui concernent l’amé-lioration des résistances mécaniques des bétons, onpeut citer :– la résistance aux jeunes âges ;– la résistance aux chocs ;– la résistance au cisaillement ;– la résistance à l’usure et à l’abrasion.• Certains fibres, comme les fibres synthétiques,peuvent apporter aux bétons des améliorations enmatière de plasticité et de moulage.

• Les aspects de surface obtenus avec les bétons defibres synthétiques et les fibres de verre, sont appré-ciables pour les bétons apparents et les bétonsarchitectoniques.


• La résistance en traction est améliorée de quel-ques pourcents à plus de 100 % selon la nature et ledosage des fibres. Cette amélioration dépend del’adhérence de la fibre à la pâte et de l’orientationdes fibres dans le sens des contraintes. C’est laforme de la fibre et son état de surface qui sont res-ponsables de la qualité de l’adhérence. Le dosage,la dispersion des fibres, aléatoire ou orientée dansune direction préférentielle, fixent l’aptitude du bétonà résister à des efforts bien déterminés.• La modification de déformabilité du béton avantrupture, qui en fait un matériau ductile, permet d’at-teindre une déformation de l’ordre de 1 % pour desbétons de fibres, alors qu’elle ne dépasse guère 1 ‰pour des bétons sans fibres.

■ Applications

Les domaines d’emploi des fibres sont multiples. Lechoix d’une fibre dépend de la nature de l’ouvrage àréaliser, des possibilités de mise en œuvre, des sol-licitations physico-chimiques auxquelles est soumisl’élément, mais aussi des conditions économiques.C’est la raison pour laquelle certaines fibres, ayantdes applications potentielles comparables, se déve-loppent plus que d’autres en fonction de l’optimisa-tion des différentes exigences.En fonction des principaux avantages liés à l’emploides fibres de verre, d’acier et de polypropylène, onpeut résumer sous forme de tableau les domainesd’emploi de ces fibres, actuellement les plususuelles.

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Panneaux légers et colorés en béton de fibres.

Déformations comparées : béton avec fibres d’acier, béton de référence.

DOMAINES D'EMPLOI PRINCIPAUX DES BÉTONS DE FIBRES

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Autres bétons spéciaux

Dans de nombreux cas, il est intéressant d’utiliserdes bétons à prise et durcissement rapides, qui per-mettent la réalisation de petits ouvrages de répara-tion ou des travaux sur des éléments d’ouvragesdemandant une remise en service rapide.

■ Les bétons de ciment prompt naturel

Dans les cas où sont recherchés prise et durcisse-ment particulièrement rapides, par exemple les grosscellements courants, on a besoin de bétons dont le temps de prise est sensiblement plus court que celui des bétons à base de ciments artificielsCEM I ou CEM II. On peut utiliser des bétons à basede ciment prompt, retardés juste le temps nécessai-re au gâchage et à l’application de la quantité appro-priée. Le retardateur est généralement l’acidecitrique, produit non dangereux couramment utilisédans l’industrie alimentaire ; les temps de prise sontréglables, de 10 minutes à 1 heure selon le dosaged’acide citrique. Les résistances obtenues à trèscourt terme (exemple : 9 MPa en compression à1 heure pour une proportion d’acide citrique de 0,2% du poids de ciment, à 20 °C) permettent les tra-vaux urgents :• scellements de mobilier urbain, panneaux publici-taires ;• travaux à la mer : scellements, travaux entre deuxmarées, enrochement de digues (le prompt estagréé pour les travaux à la mer) ;• revêtements de tunnels, stabilisation de talus et deberges (par la technique de la projection par voiesèche) ;• travaux en milieu agro-alimentaire.

■ Le béton de ciment alumineux fondu

Dans le cas où est recherchée une résistance pré-coce, on utilise un béton à base de ciment alumineuxfondu qui permet d’obtenir des résistances de l’ordrede 30 MPa au bout de 6 heures, autorisant ainsi laremise en service rapide de l’ouvrage.

Les bétons de ciment alumineux fondu sont égale-ment utilisés dans le cas d’ouvrages sollicités par lacorrosion ou l’abrasion et pour les bétonnages partemps froid.Les applications de ces bétons sont fréquentes engénie civil et pour les ouvrages routiers.

■ Le béton réfractaire

Lorsqu’un béton doit résister à des températuresélevées pouvant atteindre 1 300 °C, on a recours aumélange ciment alumineux/granulats réfractaires(chamottes, corindon), ou granulats isolants (pouz-zolane, vermiculite, argile expansée).

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Dans une laiterie : aire de dépotage et de nettoyage des citernes, réali-sée en béton de ciment alumineux fondu.

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Les bétons de hautesperformances (BHP)

Les bétons de hautes performances (« BHP ») ontd’abord été appelés « bétons de hautes résis-tances », car c’est cette caractéristique facilementmesurable qui a fait des progrès spectaculaires. Elleest passée de 30 à 35 MPa il y a quelques années,à plus de 100 MPa pour les bétons à très hautes per-formances (« BTHP »), voire plus de 200 pour desbétons de laboratoire.Les gains de résistance ne sont pas les seuls avan-tages de ces bétons qui tirent leurs propriétés d’uneforte réduction de leur porosité.Ils sont également plus résistants aux agents agres-sifs, aux phénomènes de gel-dégel et, de façongénérale, présentent une durabilité accrue. Lesbétons HP permettent de réaliser des structuressoumises à des contraintes élevées ou desouvrages subissant un environnement sévère (cli-mat, agressions marines, effets du gel).Ils apportent aussi des résistances précoces éle-vées au béton, ce qui permet d’accélérer lescadences de fabrication en usine ou sur chantier.

■ Composition

La recherche des hautes performances passe par laréduction de la porosité du béton, c’est-à-dire de sonpourcentage de vides, ainsi que le prévoit la théoriede Féret. Celle-ci établit une proportionnalité entre larésistance et l’inverse du carré du volume d’air etd’eau libre.

La limitation de la porosité implique essentiellementdeux conditions :• une très faible teneur en eau ;• une granulométrie comportant des éléments finsen quantité suffisante pour remplir les espaces entreles plus gros granulats.L’emploi des superplastifiants permet une réductionde la teneur en eau du mélange à consistance égale(entraînant la suppression d’un volume importantd’eau non mobilisé par l’hydratation du ciment). Lesrapports E/C utilisés sont de l’ordre de 0,35 au lieude 0,45 à 0,50 pour un béton usuel (soit une réduc-tion de la teneur en eau de plus de 30 %).Les superplastifiants s’opposent à la floculation desgrains de ciment, ce qui augmente leur réactivité,facteur de résistance à court terme.L’utilisation de particules ultrafines pour compléter lagranulométrie du béton n’est vraiment nécessaireque pour les bétons THP. On peut réaliser desbétons HP avec des ciments usuels de type CEM I 52,5 et une granulométrie bien étudiée, lerecours à des particules de moins d’un micron dediamètre ne s’imposant que dans l’élaboration desbétons les plus performants.Les ultrafines les plus utilisées dans ce cas sont lesfumées de silice (teneur en SiO2 > 90 %), sous-pro-duits de l’industrie du ferrosilicium, conditionnéespour les rendre utilisables (généralement par densi-fication ou suspension dans l’eau).

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5.6 Les bétons hautesperformances – BHP

Vues de béton ordinaire et de BHP au microscope électronique (grossissement 5 000).

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Les fumées de silice ont une action sur la granulo-métrie du mélange, mais présentent également uneréactivité avec la chaux libre, liée à leur caractèrepouzzolanique.Les formulations actuelles de béton HP comportentle plus souvent en moyenne 400 à 500 kg de ciment,environ 700 kg de sable et 1 000 à 1 100 kg de gra-villons. L’emploi d’un superplastifiant dosé entre 1 et 2 % du poids de ciment permet de réduire lateneur en eau de gâchage à une valeur compriseentre 140 litres et 160 litres.

■ Propriétés

• Le béton frais présente une bonne ouvrabilité liéeaux superplastifiants entrant dans sa composition.Les BHP sont des bétons fluides avec un E/C très bas(0,30 à 0,35). Les valeurs d’affaissement au cônesont supérieures à 15 cm dans la plupart des cas.• Pour le béton durci, la propriété fondamentale surlaquelle on a déjà insisté et dont découlent la plupartdes autres, est sa faible porosité. Un béton courantprésente une porosité de 10 à 12 % ; pour un bétonHP, elle est inférieure à 5 %.• La durabilité est améliorée du fait de l’abaissementde la porosité et de la perméabilité. On constate, enparticulier, une amélioration de la résistance auxagressions chimiques, qui se traduit par un compor-tement favorable en milieu marin ou en présenced’eaux agressives. La progression de la carbonata-tion en profondeur est réduite, ce qui assure unemeilleure protection des armatures.Les bétons HP présentent généralement une résis-tance au gel améliorée.• L’ensemble des résistances mécaniques (compres-sion, traction) est augmenté, alors que les déforma-tions sous charges instantanées et surtout souscharges permanentes sont diminuées.


La résistance à la compression

C’est une caractéristique souvent utilisée pour clas-ser les bétons HP. C’est ainsi que les spécialistesdistinguent :

Les gains de résistance se manifestent dès le jeuneâge ; un béton à 60 MPa à 28 jours peut dépasser 15MPa à 24 heures et 40 MPa à 7 jours. En l’absencede caractéristique particulière, on adopte commecontrainte de calcul (fc28) la valeur déduite de la for-mule retenue pour les bétons usuels par les règlesBAEL :

fc28 = 0,85

fb, coefficient de sécurité généralement pris égalà 1,5, sera probablement réduit dans l’avenir dans la

mesure où les bétons de hautes performances fontl’objet d’un niveau de qualité supérieur à la moyenne.La contrainte de traction de calcul (ftj) se déduit de lacontrainte de compression (fcj), selon la formuleréglementaire habituelle :

ftj = 0,6 + 0,06 fcj (MPa)A titre d’exemple, pour un béton présentant unerésistance caractéristique de 80 MPa, la contrainteen compression de calcul est de 45,3 MPa, lacontrainte en traction de calcul est de 3,32 MPa.

Le module de déformation

De même que pour les bétons usuels, le module dedéformation, instantané au jour j, peut être déduit dela résistance caractéristique selon la formule retenuepar les règles BAEL :

Eij = 11 000 3�fc j

Le fluage

Il est très inférieur à celui des bétons usuels.Le coefficient de fluage

de l’ordre de 2 pour les bétons usuels, est comprisentre 1 et 1,5 pour un béton à 60 MPa.

■ Applications

• La résistance au jeune âge du béton autorise desdécoffrages rapides, ainsi que des mises en précon-trainte accélérées.Les applications sont nombreuses en préfabrication(poutres, planchers), et sur chantier (voussoirs deponts, poteaux).

déformation différéedéformation instantanée

fck

jb

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*fc28 : la résistance caractéristique définie par les règles BAEL.

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• Les hautes résistances en service permettent laréalisation des structures de bâtiments et d’ou-vrages (bâtiments de grande hauteur, ponts,enceintes nucléaires, structures réticulées) conci-liant contraintes élevées et diminution des sections.• La durabilité et la résistance aux agents agressifssont déterminantes pour les ouvrages à la mer, lesstructures offshore, les ouvrages exposés au gel.• Il faut également mentionner l’emploi de bétons HPen relation avec leur bonne ouvrabilité. C’est le casdes bétons utilisés dans les bâtiments de grandehauteur et qui sont pompés, ou dans la réalisation depoutres avec un ferraillage laissant peu de place aupassage du béton.

Réalité des bétons HP

■ Les ouvrages d’art

Le pont sur l’Elorn

Le pont sur l’Elorn, qui relie Quimper à Brest, com-porte une travée centrale de 400 m pour une lon-gueur total de 800 m. C’est un record mondial pourun pont haubané à nappe centrale. Les 104 haubansrépartis en quatre nappes mesurent de 37 à 240 met sont ancrés à deux pylônes de 115 m de hauteurréalisés en B 60.

Le pont de Joigny

Le pont de Joigny est un pont expérimental en bétonde hautes performances, s’intégrant au projet natio-nal « Voies nouvelles du matériau béton ».Pour la première fois en France, les performances dubéton HP ont été prises en compte dans le dimen-sionnement du pont sur la base d’un béton de 60MPa de résistance à la compression à 28 jours, sansfumées de silice.L’ouvrage comporte trois travées (34 m, 46 m, 34 m)et est à deux nervures de 2,20 m de hauteur, avecprécontrainte longitudinale totalement extérieure.

Cette technique de précontrainte permet d’alléger lastructure (nervures à volume diminué aussi grâce àla résistance du béton) et rend possible le remplace-ment ultérieur de l’ensemble de précontrainte, inté-ressant pour un ouvrage auquel le matériau apporteune grande longévité.Les 1 060 m3 de béton du tablier ont été coulés encontinu, pendant vingt-quatre heures seulement, enplein mois de décembre.Le béton HP étant de texture très fermée, il en résul-te un aspect de surface très lisse, glacé, presquevitrifié.L’esthétique y gagne, la durabilité aussi.

Le pont de Normandie

Avec sa travée centrale de 856 m (nouveau recordpour les ponts à haubans) et ses pylônes de 214 mde hauteur en BHP, le pont de Normandie est unouvrage d’art exceptionnel.Du fait de sa particularité, il fait appel, pour sa miseen œuvre, à des bétons spécialement conçus pourchacune de ses parties :• le béton de hautes performances (BHP 60 MPa),utilisé pour les voussoirs des rampes d’accès, per-met le décoffrage rapide, la mise en tension accélé-rée des câbles de précontrainte et le poussage de latravée au rythme d’une longueur de voussoir tousles deux jours. Ceci grâce à la conjugaison du super-plastifiant et d’un fort dosage en ciment,

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• le béton de hautes performances est encore misen œuvre pour réaliser les deux pylônes. Il s’agit dumême béton que celui décrit précédemment. Eneffet, il rend possible le déplacement des coffragesautogrimpants dans des délais minimums pour destempératures pouvant descendre à 5 °C.

Le pont de l’île de Ré

Les délais imposés à l’entreprise pour cet ouvragede près de 3 000 m de long (construit en moins de 16 mois) ont été déterminants dans le choix dubéton HP.Alors que le cahier des charges ne prévoyait qu’unbéton B40 pour les voussoirs, les cadences d’exécu-tion de ces 798 pièces imposaient un démoulage à15 heures, donc une résistance minimale de12 MPa. Le béton réalisé qui présentait une résis-tance à 15 heures de plus de 20 MPa, atteint à28 jours plus de 60 MPa. L’emploi des fumées de sili-ce en association avec un superplastifiant a égale-ment nettement amélioré la maniabilité du béton.

Les viaducs de Sylans

Le tablier de ces ouvrages, de conception originale,comporte quatre âmes inclinées triangulées par desX précontraints.Ces X sont réalisés séparément avant d’être mis enplace dans une cellule où sont coulés les hourdisavec lesquels ils constituent l’ensemble d’un vous-soir.Pour respecter les cadences de production etpermettre une mise en tension précoce, un BHP à65 MPa a été utilisé.La qualité du béton est également la garantie de ladurabilité de ces ouvrages soumis à des conditionshivernales rigoureuses.

■ Le bâtiment

La Grande Arche

Le béton utilisé pour couler la partie supérieure de laGrande Arche de La Défense présente des résis-tances supérieures à 65 MPa et un slump de 22 à 25cm, le béton utilisé a apporté à la fois la résistanceexceptionnelle souhaitée et l’ouvrabilité rendueindispensable par un pompage sur une hauteur deplus de 100 m.

La Pacific Tower

La Pacific Tower à La Défense a été l’occasion d’une nouvelle avancée des BHP dans le domainedu bâtiment.Pour la première fois en France, la structure vertica-le d’une tour a été réalisée avec un béton hautesperformances de classe B 60, mis en œuvre indus-triellement sur le chantier.

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Grâce à ce choix technologique, les sections deséléments porteurs ont pu être substantiellementdiminuées et permettre à la fois un gain de surfaceutile, ainsi que des économies d’acier et du temps dedécoffrage. Par ailleurs, le choix du BHP a été faitdans le but de réaliser un ouvrage qui résiste mieuxaux agressions climatiques et atmosphériques pol-luées. Un plan qualité imposait une sélection rigou-reuse des granulats en une seule trémie, ainsiqu’une vérification régulière, tous les 150 m3, de larésistance fixée à 72 MPa à 28 jours, du BHP préle-vé à la sortie de la centrale.

Les Tours Cœur-Défense

Ce projet, conçupar le cabinetJean-Paul Viguierest constitué dedeux tours finesdécalées, de tren-te-neuf niveaux,arrondies à leurs extrémités et de trois bâtiments basqui donnent de l’ampleur à la façade sur l’esplanade.L’ensemble représente 220 000 m2 de bureaux. Lenoyau central de chaque tour et les poteaux de 1,10 mde diamètre ont été réalisés en béton HP de type B 80.

La Tour PB6

Cette tour est unimmeuble à usage debureaux de quaranteétages soit 147 m dehauteur au-dessusdu niveau d’accèssitué sur le parvis de la Défense, troisniveaux de parking ensous sol, un niveautechnique et, deuxniveaux d’infrastruc-tures de 3,40 m.L’emprise en plan dela tour est constituéede deux ellipses de74,84 × 31,18 m.Les efforts sontrepris d’une part parun noyau central de31 × 14,10 m et,d’autre part, parseize poteaux de

façade et deux poteaux intérieurs.L’usage d’un béton BHP de type B 80 a permis delimiter le diamètre des poteaux les plus chargés à1,30 m.Maîtrise d’ouvrage : PB 6 développement – assistant maîtrised’œuvre : Hines France – Maîtrise d’œuvre : Peï-Cobb-Freed &Partners – architectes : Saubot ; Rouit et associés – Entreprisegénérale : BATEG-VINCI

■ Les ouvrages de génie civil courants...

Le recours au BHP pour les ouvrages de génie civilcourants n’est pas encore très fréquent. Pourtantcertains maîtres d’ouvrage sont convaincus de leurintérêt technique et économique. Des DDE se sontrésolument engagées dans cette voie depuis plu-sieurs années pour les réalisations d’ouvragescomme les ponts de Saint-Andoche à Autun, dedécharge de l’Arroux ou de la rocade Est deBourges. Ces ouvrages ont été réalisés en B 60sans fumées de silice, avec des agrégats locaux etdans des conditions de mise en œuvre tradition-nelles, ne requérant aucun équipement spécifique.L’emploi des BHP dans le génie civil courant s’inscritdans une démarche qualité nécessairement parta-gée par l’ensemble des partenaires et contribue àfaire progresser la connaissance du matériau bétonainsi que sa mise en œuvre.

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Pont de Saint-Andoche.

Pont de décharge de l’Arroux.www.allislam.net

■ ... et la préfabrication

L’emploi du BHP commence à se développer dans laréalisation d’éléments fabriqués en usine.Parmi les plus usuels, on peut citer les poutrellesprécontraintes pour plancher qui grâce au BHP ontvu leur section diminuée de 30 %, ainsi que lesdalles alvéolées, pour planchers également, qui pourune épaisseur n’excédant pas 25 cm permettent desportées de l’ordre de 15 mètres.

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Dalle alvéolée.

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Les progrès dans le domaine des adjuvants, desméthodes de formulation et de l’utilisation des ultra-fines ont conduit à une évolution spectaculaire desbétons : des bétons courants de résistance en com-pression de 30 MPa, la gamme s’est élargie auxbétons à hautes performances.Une rupture technologique est intervenue au débutdes années 90 avec la mise au point de bétons dontla résistance est de l’ordre de 200 MPa en compres-sion et de 40 MPa en traction par flexion. Grâce àcette dernière caractéristique, on peut désormaisenvisager de se passer des armatures passivesdans les éléments structurels.

Principes

On retrouve dans la famille des BFUP des bétonsréalisés suivant 2 concepts différents :1. Concept d’optimisation multi-échelle de compo-sants et de fibres, qui permet d’obtenir un comporte-ment ductile.2. Concept d’utilisation de granulats à haute résis-tance mécanique.L’obtention de résistances élevées et de faibles per-méabilités aux agents agressifs passe par uneréduction très importante de la porosité et plus pré-cisément du réseau des pores connectés, en jouantsur deux paramètres.

• Une teneur en eau extrêmement faible (rapporteau/ciment < 0,25) grâce à l’utilisation optimisée desuperplastifiants qui défloculent les particules fineset permettent un meilleur empilement granulaire.D’une part, la quantité d’eau nécessaire au remplis-sage des vides s’en trouve réduite, et d’autre part, lasurface spécifique des grains, donc, à terme, leurhydratation, est accrue.• Une compacité maximale, obtenue en utilisant descomposants correspondant à plusieurs classes gra-nulométriques (classiquement quatre, qui incluent leciment et les ultrafines défloculées).Les ultrafines utilisées dans les BFUP sont desfumées de silice de haute pureté, sous forme debilles submicrométriques qui remplissent lesespaces intergranulaires, et qui réagissent avec lachaux issue de l’hydratation du ciment. Ce faisant,elles participent activement à la résistance de l’en-semble et ferment le réseau des pores à la diffusiondes ions et des gaz.Dans le cas des BFUP, la taille et la quantité des plusgros grains est considérablement réduite. Le sque-lette granulaire y gagne en souplesse, ce qui réduitconsidérablement les effets de microfissuration liésau retrait.

Dernier composant clé des BFUP : les fibres, qui,lorsque leur dosage est suffisamment élevé, confè-rent au matériau sa ductilité. Ces fibres, en acier àtrès haute résistance (> 2 000 MPa), ou organiques,ont une longueur adaptée à la taille du plus grosgrain et une section la plus faible possible pourgarantir un bon ancrage.

117

5.7 Les bétons fibrésultraperformants BFUP

Courbes types en flexion 3 points sur éprouvettes 4 × 4 × 16 cmFM = Fibres Métalliques.200 = 200 MPa en compression.Source : Ductal ® FM 200

50

Module de Rupture MOR (MPa)

25

10

0 0,5 1

Flèche (mm)

BMF 25

BMF 80

BFUHP 200

B 25

Tassement d au retrait

BHPBFUP

Inclusions non jointives Squelette rigide

P tecimentaire

Fissure de retrait

Granulat

Effet de la souplesse du squelette granulaire sur le retrait endogène et la microfissuration. Source : Ductal ®

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A titre d’exemple, une formulation typique de BFUPest donnée dans le tableau suivant (pour 1 m3) :

Fabrication des BFUP

Les BFUP peuvent être fabriqués dans une centraleà béton classique moyennant un réglage des palesdu malaxeur, et un allongement du temps demalaxage (5 minutes ou plus). L’utilisation d’un tour-billon produit un fort cisaillement, ce qui amélioreles performances du matériau et permet de réduirele temps de malaxage.

■ Ouvrabilité

Les formules types de BFUP sont généralement deconsistance fluide ce qui permet un remplissageaisé des coffrages. La plage d’ouvrabilité est cepen-dant très large : il est possible de réaliser des BFUPd’extrusion ou autoplaçants.

■ Mise en œuvre

La mise en œuvre peut s’effectuer à la benne, avecune manchette, par pompage, ou par injection.

■ Cinétique du durcissement

Selon les conditions du chantier ou de préfabrica-tion, on recherchera plutôt une résistance à la com-pression à 16 h de 50 MPa qui permet la mise entension précoce de câbles de précontrainte parpost-tension, ou une résistance à la compression de200 MPa après un traitement thermique adapté.

Caractéristiques mécaniques

Le tableau ci-dessous résume les résistances com-parées obtenues sur BFUP avec et sans traitementthermique.

■ Retrait - Fluage

Dans les BFUP, le retrait endogène de la matricecimentaire est de l’ordre de 500 µm/m, comme pourles BHP, suite au faible rapport eau/ciment quiconduit à un diamètre des pores réduit. Ce retraitendogène n’est pas gêné par le squelette granulaire,et la formation de microfissures est extrêmementfaible.Grâce à la faible teneur en eau du matériau et à l’uti-lisation de fumées de silice, la déformation souscharges permanentes (fluage) est très fortementréduite.Sur certaines formulations, il est possible, avec untraitement thermique adapté, de stabiliser le retrait,et donc d’éviter tout risque de fissuration par retraitempêché, ainsi que les déformations de fluage quisont limitées très rapidement à une valeur très faible(ref Ductal®).

Microstructure des BFUP

Les composants des BFUP varient du millimètre aunanomètre.

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Caractéristiques A 28 jours A 3 jourssans après

traitement traitementthermique thermique

Résistance à la compression(MPa) 180 220

Résistance à la flexion3 points (MPa) 36 40

Résistance à la traction directe(MPa) 8 10

Module d’élasticité (MPa) 60 000 55 000

Coefficient de dilatationthermique (en 10–6/°C) 12 12

Masse volumique (kg/m3) 2 500 2 500

Exemple de performances obtenues sur une formulation Ductal ®.

Ciment Sable Quartz Fumée Fibres Adjuvant EauNF fin broyé de silice métal- (extrait totaleliques sec)

710 kg 1 020 kg 215 kg 203 kg 160 kg 10 kg 140 l

Micrographie au microscope électronique à balayage d’un BFUP200(grossissement 50) : la phase grise interstitielle représente le mélangedes silicates de calcium hydratés et de fumée de silice. En foncé lesgrains de sable ; les grains blancs sont du clinker anhydre. Les ellipsesblanches sont des sections de fibres métalliques. Pour observer lamicrostructure de la phase interstitielle (« pâte de BFUP »), une micro-graphie par microscopie électronique à balayage a été réalisée en modeélectrons rétrodiffusés sur section polie (grossissement 200).Source : Ductal ® FM200

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A grossissement relativement faible (200), la pâted’un BFUP laisse apparaître en clair des particulesde clinker non hydraté qui joue le rôle de microgra-nulats à surface très active et de haut module d’élas-ticité (120 000 MPa). Il est très lié aux silicates decalcium hydratés comme le montre la micrographie.La phase grise interstitielle représente le mélangedes silicates de calcium hydratés et de fumée de sili-ce, et permet de réduire très sensiblement la porosité.

Dans certains cas, un traitement thermique permetd’améliorer encore la microstructure, donc la résis-tance mécanique et, surtout, la durabilité.

Durabilité

Du fait de leur microstructure extrêmement dense,les BFUP présentent des propriétés de durabilitéexceptionnelles, notamment dans les domainessuivants : résistance au gel-dégel, résistance auxsels de déverglaçage, résistance à la carbonatation,résistance à la pénétration d’ions agressifs(chlorures, sulfates, acides faibles), résistance àl’abrasion.

Les lois de comportement et de tenue au feu desBFUP sont différentes de celles des bétons cou-rants. En revanche, comme les autres bétons, leBFUP est incombustible (M0). Les dispositionsconstructives doivent être étudiées au cas par casau regard de la résistance au feu.

Domaines d’applications

Au vu des nombreuses qualités des BFUP, on peuts’intéresser à des applications jusque là inacces-sibles au matériau béton et réservées à d’autresmatériaux.On peut classer les domaines d’applications en fonc-tion des caractéristiques du matériau principalementvalorisées : résistance, durabilité, esthétique, flexibi-lité des formes.

■ Valorisation de la résistance des BFUP

Le domaine du génie civil vient le premier à l’esprit,car le comportement mécanique du matériau permetde concevoir des ouvrages d’art particulièrementélancés et légers, notamment avec des conceptsinnovants tels que des structures en treillis.Pour les bâtiments de grande hauteur, par exemple,ces matériaux permettent de réduire la section despoutres et de construire à coûts et à hauteur égauxun étage supplémentaire.De même, il devient possible de travailler avec desportées plus grandes, et de réaliser des plateauxlibres permettant d’accroître la surface d’habitation.

■ Valorisation de la durabilité des BFUP

L’exemple le plus frappant est celui des conteneurs àhaute intégrité conçus pour l’entreposage dematières faiblement radioactives.On peut également citer l’utilisation dans des envi-ronnements particulièrement agressifs, alliant defortes variations de température et d’humidité auxagents agressifs tels que des ions chlorures ouacides faibles.

■ Valorisation des qualités esthétiquesdes BFUP

La gamme des BFUP fluides permet d’obtenir desparements lisses très réguliers. L’utilisation de fibresorganiques et de pigments minéraux permet enoutre d’utiliser une large plage de coloris pour la réa-lisation de panneaux architectoniques.

■ Valorisation de la liberté de formedes BFUP

L’absence d’armatures passives et les résistancesélevées du matériau permettent d’utiliser une grandevariété de formes pour la construction de structureslégères et élancées, et d’envisager la réalisation deformes complexes, comme par exemple des coquesou des sculptures.

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Porosité ouverte comparée d’un BFUP (type BPR) et de bétons courantsou à hautes performances.

Porosité cumulée (mL/g)

B 30

B 80

BPR

0,07

0,06

0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

00,001 0,01 0,1 1 10 100

Diamètre des pores (um)

BFUP B25courant

Porosité < 2 % 8 à 10%

Perméabiltié à l’azote 1 à 5.10–20 m2 10-16 à 10-17

Gel-dégel :– module résiduel après (fonction300 cycles 100 % de la– perte de masse après formulation)300 cycles < 10 g/m2

Abrasion (coefficient CNR)* 1,3 2 à 4

Carbonatation :– pénétration sur 15 mm > 12 000 ans 15 / 20 ans

Corrosion :– coefficient de diffusioneffectif 0,02 10 à 12

* Par rapport au verre.

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Exemples d’applications

Les applications réalisées à ce jour ont été dimen-sionnées en collaboration avec les maîtres d’œuvresur la base des connaissances et des recommanda-tions établies pour les bétons à très hautes perfor-mances et les bétons de fibres. Un groupe de travailanimé par le SETRA et soutenu par l’AFGC est chargé d’élaborer des recommandations pour lecalcul des structures en BFUP.

■ Passerelle de Sherbrooke(Québec ; 1997)

Cette passerelle de 60 m de portée est de concep-tion particulièrement innovante. Le hourdis supérieurest une dalle nervurée en BFUP de 30 mm d’épais-seur. Les âmes sont des diagonales mixtes, incli-nées dans les deux directions, mettent an œuvre duBFUP confiné dans une enveloppe mince.Huit dia-gonales étaient placées dans un gabarit avant lecoulage des poutres inférieures et de la dalle supé-rieure afin de réaliser un voussoir de 10 m de long.Ces voussoirs ont été assemblés par demi-travéesavec un câble de précontrainte, puis levés à la grueet posés sur une culée et une pile provisoire. La pré-contrainte finale, composée de câbles intérieursfilants et de câbles extérieurs déviés a permis delibérer l’appui central. Aucune armature passiven’est utilisée dans cette structure.

120

30 mm upper slad

3300

150

3000

380

320

Confined RPC in stainlesssteel tube

Coupe transversale de la passerelle.

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■ Plaques d’ancrage(Ile de la Réunion ; 1999)

Des plaques en BFUP à fibres organiques ont étéutilisées pour l’ancrage de tirants précontraints des-tinés à conforter la tenue des écailles d’un mur desoutènement en terre armée. Ces plaques ont étéchoisies en substitution des éléments d’ancrage tra-ditionnels plus coûteux réalisés en fonte ductile.

■ Poutres et poutrelles de Cattenom(France ; 1998)

Dans le cadre de la rénovation de la structure inter-ne des aéroréfrigérants de centrales EDF, il a étédécidé de remplacer le système d’échanges consti-tué de poutres et de poutrelles précontraintes. Lescontraintes sont à la fois la légèreté et une très hautedurabilité. Les BFUP apportent ici une solution inté-ressante. Plus de 1500 m3 de BFUP ont été utiliséssous forme de poutres et de poutrelles précon-traintes par prétension. Les règles de calcul pour lespoutres précontraintes ont été développées avec lemaître d’œuvre et validées à cette occasion sur desessais de structures au CEBTP et au LCPC.

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Plaque d’ancrage pour le renforcement de murs en terre armée à La Réunion. Ref Ductal ®.

Préfabrication des poutresprécontraintes pour l’aéroréfrigérant de la centrale de Cattenom.

Panneau antibruit pour la gare souterraine de Monaco.

Image de synthèse montrant le détail des arcs et des « tuiles » en Ductal ®.

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Arbre Martel.

■ Arbre Martel

Une sculpture représentant un arbre a été mise enplace sur la place de L’Hôtel de Ville de BoulogneBillancourt. Cet arbre dessiné par l’architecteMimram a été fabriqué en Ductal® avec des fibresorganiques et un ciment blanc. Le tronc est précon-traint de manière à reprendre les efforts de flexionélevés dus à l’action du vent sur les feuilles. Lesfeuilles sont assemblées par boulonnage.

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PARTIE 6

DURABILITÉ DU BÉTON

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Durabilité et qualité

La durabilité du béton est un fait reconnu et attestépar la pérennité des ouvrages exposés à des condi-tions climatiques ou d’environnement les plusvariées. Les ouvrages usuels, réalisés en bétonscourants, aussi bien que les plates-formes off-shoreen milieu marin, les autoroutes sollicitées par un tra-fic intense, les viaducs soumis à l’action du gel etdes sels de déverglaçage, résistent au fil des annéesaux multiples agressions physico-chimiques aux-quelles ils sont soumis.Néanmoins, il arrive que des défauts de conceptionou de mise en œuvre, que des causes accidentellessoient à l’origine de désordres : la notion de durabi-lité est donc indissociable de celle de qualité à tousles niveaux et, en particulier, de celle du matériaubéton. L’exigence de qualité est devenue aujourd’huiune nécessité, car elle est garante d’avantages tech-niques et, en particulier, de durabilité. Elle est aussiun facteur d’économie par sa contribution à la limita-tion des coûts de maintenance.Pour les constituants du béton et le béton lui-même,la qualité se traduit par la conformité aux normes et,dans de nombreux cas, la certification qui l’atteste.Pour les ciments, par exemple, la certification estconstituée par le label NF géré par l’AFNOR. La plu-part des centrales de béton prêt à l’emploi fournis-sent des bétons normalisés ; les produits en bétonfabriqués en usine sont en grande partie certifiés.Le concepteur dispose donc des informations néces-saires sur les matériaux pour réaliser des ouvragesrésistant aux contraintes mécaniques et aux facteursextérieurs de dégradation.Il ne faut cependant pas oublier que la durabilité dubéton est aussi dépendante des conditions de miseen œuvre et que toute négligence à ce niveau peutremettre en cause des matériaux de bonne qualité.

Les facteurs influents de la durabilité

■ Les facteurs propres au matériau béton

La porosité du béton

Le béton est un mélange composé d’un ensemble deconstituants – ciment, granulats, eau, adjuvants –,mais renfermant aussi des vides dus, entre autres, àl’eau excédentaire.

Le béton durci courant présente une porosité de 10à 12 % due à la présence de pores inclus dans latexture même des hydrates, et de capillaires qui sedéveloppent dans la structure des grains. Les capil-laires, qui sont dimensionnellement les plus impor-tants, ne dépassent pas un diamètre de quelquesmicrons. Les pores des hydrates sont 10 à 100 foisplus petits.Le comportement du béton et son évolution ont mon-tré, dès l’origine, l’influence de la porosité sur larésistance (relation établie par Féret). Mais les cor-rélations entre durabilité et résistances mécaniques,entre absorption d’eau et résistance au gel, ou per-méabilité et carbonatation ont été mises en éviden-ce plus récemment.Il est aujourd’hui admis que la réduction de la poro-sité du béton, qui est, entre autres, la condition pourréaliser des bétons de hautes performances, estrequise pour l’amélioration de la résistance dubéton, aussi bien d’un point de vue mécanique quevis-à-vis d’agressions d’ordre physico-chimique.La réduction de la porosité du béton dépend princi-palement de sa conception et de sa mise en œuvre.Trois facteurs sont prépondérants dans la concep-tion d’un béton de faible porosité :• un dosage en ciment adéquat ;• une faible teneur en eau ;• une granulométrie comportant des éléments fins,éventuellement actifs, en quantité suffisante pourremplir les espaces entre les plus gros granulats.Les progrès réalisés dans la connaissance des adju-vants ont permis d’élaborer des plastifiants qui auto-risent des réductions importantes de la teneur eneau sans diminuer la plasticité du mélange.Une étude correcte de la granulométrie du béton, enjouant sur le ciment et le sable, est généralementsuffisante et ne nécessite un recours à des parti-cules ultra-fines que pour des bétons de très hautesperformances.Il faut enfin souligner l’importance de la mise enœuvre du béton sur ses propriétés : un malaxageefficace, une vibration appropriée, la cure pour lesouvrages horizontaux, sont des conditions impéra-tives de réalisation d’un béton durable.

La fissuration

Il faut souligner ici le caractère non préjudiciable dela plupart des fissures qui, correctement maîtriséespar des armatures ou des joints qui en déterminent

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6.1 Définitions et facteurs influents

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l’emplacement et en limitent l’ouverture, n’ont pasd’influence sur la durabilité du béton.La réglementation, notamment en matière de bétonarmé, prévoit le dimensionnement des ouvrages etles dispositions propices à empêcher ou à contrôlerefficacement la fissuration potentielle. Seules, les fis-sures non contrôlées à caractère fortuit sont sus-ceptibles de jouer un rôle négatif.Les principales causes de fissuration sont les sui-vantes :• retrait de la pâte de ciment ;• conditions thermiques et hygrométriques ;• causes mécaniques.La pâte de ciment subit différentes phases de défor-mation aux stades successifs de l’hydratation : pré-prise, prise et durcissement.Chacune des phases de déformation est liée à unmécanisme prépondérant qui génère un gradient detempérature ou d’humidité dans le béton.

Les facteurs qui influent sur les trois phases dedéformation peuvent être groupés en quatre catégo-ries principales, qui concernent plus particulièrement:• la composition du béton, l’interdépendance desconstituants, la cinétique d’hydratation ;• la mise en œuvre du béton : fabrication, mise enplace, vibration, cure ;• la géométrie de l’ouvrage ;• le milieu environnant.

Le soin apporté à la formulation du béton, et à samise en œuvre, et la prise en compte des conditionsextérieures permettront, dans la quasi-totalité descas, de prévenir l’apparition d’une fissuration préju-diciable à sa durabilité.

La corrosion des armatures

Dans des conditions normales, les armatures enro-bées de béton sont protégées de la corrosion par unphénomène de passivation qui résulte de la création,à la surface du métal, d’une pellicule protectrice deferrite Fe2O3 CaO.Cette pellicule est formée par l’action de la chauxlibérée par les silicates de calcium sur l’oxyde de fer.Tant que la présence de chaux maintient la basicitédu milieu entourant les armatures, celles-ci sont pro-tégées.Plusieurs agents peuvent neutraliser cette protection: le gaz carbonique, les chlorures, les sulfates, maisaussi l’eau pure. La plus ou moins grande rapiditéd’action de ces divers agents est en relation directeavec la porosité du béton et avec la présence de fis-sures qui favorisent la diffusion des gaz ou deliquides agressifs.Parmi les actions susceptibles de modifier le bétond’enrobage, la carbonatation constitue un phénomè-ne qui a fait l’objet de nombreuses recherches et estmaintenant bien connu. En présence du gaz carbo-nique de l’air, la chaux libérée (portlandite) se car-bonate :

Ca (OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2OLe milieu basique (pH 12 à 13) se trouve progressi-vement modifié par la neutralisation de l’alcalinité duciment pour atteindre un pH de l’ordre de 9, n’assu-rant plus la protection des armatures et entraînantune dépassivation de l’acier. La progression de lacarbonatation se fait de l’extérieur de l’ouvrage, encontact avec l’air ambiant, vers l’intérieur, mais setrouve freinée par la formation des carbonates. Lavitesse de progression de la carbonatation diminuedonc avec la profondeur atteinte.

Cette progression est en fait modifiée par des fac-teurs liés au béton lui-même – nature et dosage duciment, dosage en eau, porosité du béton – et aumilieu.L’humidité relative de l’air joue, en particulier, un rôleimportant : la vitesse de carbonatation est maximumpour une humidité relative de l’ordre de 60 %, prati-quement nulle en atmosphère sèche ou saturée.

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MÉCANISMES LIÉS AUX DIFFÉRENTES PHASES DE DÉFORMATION

FACTEURS INFLUANT SUR CHACUNE DES PHASES DE DÉFORMATION DU BÉTON

ÉVOLUTION DE LA CARBONATATION EN FONCTION DU DOSAGE EN CIMENT DU BÉTON

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Dans les atmosphères industrielles, ou mêmeurbaines, l’eau de pluie entraîne des composés chi-miques qui peuvent diffuser dans le béton et atta-quer le métal des armatures. En particulier, le dioxy-de de soufre ou les oxydes d’azote provenant desmoteurs d’automobiles peuvent entraîner une acidifi-cation des pluies (pH de l’ordre de 3 ou 4) quideviennent particulièrement agressives pour lebéton et pour les armatures.Les eaux chargées en sels tels que les chlorures(milieu marin) ou les sulfates (certaines eaux souter-raines) provoquent une corrosion importante desarmatures que peut empêcher un bon enrobage debéton.

La réaction alcalis-granulats

Ce phénomène exceptionnel ne peut intervenir que siplusieurs conditions sont remplies simultanément :utilisation de certains granulats siliceux dits « réac-tifs », un environnement fortement humide, uneteneur en alcalis du béton élevée, un béton insuffi-samment compact.La réaction entre les alcalis et les granulats se tra-duit par un phénomène de gonflement et de fissura-tions du béton.

■ Les facteurs externes

Les ambiances chimiquement agressives

Les acides, certaines solutions salines ou même dessolutions basiques peuvent entraîner la dissolutionde la chaux et la formation de composés qui, lors-qu’ils sont solubles, sont à l’origine d’altérations. Lesconstituants du béton, ses caractéristiques et lesconditions climatiques ambiantes influent sur ces dif-férentes actions et en modifient l’importance.Les eaux souterraines sulfatées constituent un casd’agression bien connu : le sulfate de calcium secombine avec les aluminates du ciment pour formerun sel, l’ettringite, dont la cristallisation accompa-gnée d’expansion provoque la fissuration du béton.Elle facilite la pénétration des agents agressifs jus-qu’aux armatures qui sont, à leur tour, attaquées.Les chlorures réagissent avec les hydroxydes dechaux pour donner des sels solubles. Les chlorureset les sulfates coexistent dans l’eau de mer, quiconstitue donc pour le béton et plus particulièrementpour le béton armé, un agent agressif dont l’actionest, cependant, très différente selon que l’ouvrage

est totalement immergé ou en immersion semi-alter-née. Ce dernier cas est le plus défavorable, car lesactions chimiques se superposent à des cycles devariations dimensionnelles (retrait et expansion),provoqués par les variations d’ambiance et l’alter-nance d’absorption et d’évaporation d’eau.L’agression d’origine chimique peut aussi provenirdes eaux de lavage, des eaux pures, des eaux car-bonatées, des condensats de chantiers, ou deseffluents en milieu industriel ou agricole. La diversitédes composés minéraux ou organiques susceptiblesd’agir, rend généralement très délicate l’analyse desphénomènes et nécessite un soin particulier dans lechoix des constituants du béton.

Les ambiances hivernales

L’étude de ce facteur fait l’objet du chapitre 6.2 ; onrappellera seulement que deux phénomènes peu-vent être à l’origine des altérations du béton :– une succession de phases de gel et de dégel ;– l’action des sels de déverglaçage (ou fondants).Le mécanisme d’altération s’explique, dans le pre-mier cas, par l’accroissement des pressions dans lescapillaires, dû au mouvement de l’eau vers les frontsde gel d’eau interne. L’action des sels de dévergla-çage, à la fois plus sévère et plus complexe, cumuleles effets d’un refroidissement plus rapide que pré-cédemment, se traduisant par un choc thermique etdes causes chimiques liées à la diffusion dans lebéton de ces sels.

La recherche d’un béton durable

Un béton durable est un béton compact dont lesconstituants de qualité ont été bien choisis, qui a étécorrectement formulé et fabriqué et, enfin, qui a étémis en œuvre en respectant les règles strictes debonne pratique.Des principes généraux restent valables dans tousles cas, mais ils doivent être complétés pourrépondre à des actions particulières.

■ Le choix des constituants

Les ciments actuels répondent aux exigences desemplois usuels ; les milieux qui présentent des agres-sions spécifiques nécessitent le recours à desciments présentant une résistance particulière dufait de leur composition. C’est ainsi qu’en présenced’un facteur agressif pouvant entraîner la dissolutionde la chaux (par exemple l’eau pure), on préférerades ciments à faible teneur en chaux.Vis-à-vis des agressions dues aux milieux marins ouaux eaux sulfatées, on utilisera des ciments prisemer (PM) ou résistant aux eaux sulfatées (ES).Les granulats doivent être choisis en fonction de leurnature minéralogique, de leur forme mais aussi deleur dureté. Compte tenu de l’importance de la zonede contact granulats-pâte dans le développementdes hydrates, la propreté des granulats et l’absencede particules argileuses est un impératif.

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INCIDENCE DE L’HUMIDITÉ RELATIVE DE L’AIR SUR LA VITESSE DE CARBONATATION

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Les adjuvants jouent aussi un rôle important. Lesplastifiants réducteurs d’eau facilitent l’obtentiond’une forte compacité en réduisant la teneur en eauet améliorent la mise en œuvre. Les hydrofugess’opposent à la pénétration des agents agressifs ensolution. Les entraîneurs d’air sont indispensablespour la tenue au gel et aux sels.L’eau est un facteur important, par son dosage quidoit être aussi faible que possible, et par sa nature :les eaux potables sont les plus adaptées ; la teneuren sels est à surveiller pour les bétons les plus per-formants. L’eau de mer peut être employée dans cer-tains cas, mais est incompatible avec les bétonsarmés ou précontraints compte tenu de la corrosionpossible des aciers.

Le vieillissement du béton

Les paramètres essentiels des phénomènes duvieillissement sont mentionnés dans le chapitre 8.3.Il convient simplement de souligner que, commetous les matériaux, le béton subit un vieillissementnaturel. L’entretien des ouvrages en béton est doncune opération qui doit être prévue, au même titrequ’elle l’est pour tous les ouvrages.

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CRITÈRES ESSENTIELS DU BÉTON DURABLE

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CONSEIL


CONSEIL

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Parmi les actions susceptibles de provoquer desdégradations des ouvrages ou des voiries, le gelpeut constituer un facteur particulièrement actif,notamment lorsqu’il s’accompagne de cycles de gelet de dégel rapidement alternés.Les dégradations par le gel ne peuvent intervenirque lorsque les matériaux sont au contact de l’eau,dans un état voisin de la saturation. Le béton durci,dans la majorité des cas, résiste aux effets du gel ; ilarrive cependant que des conditions climatiques par-ticulièrement sévères puissent entraîner la dégrada-tion de bétons mal formulés, mis en œuvre de façonincorrecte et, de surcroît, saturés d’eau.Le gel n’est donc susceptible d’occasionner desdégradations aux ouvrages en béton que dans descas limités, où se trouvent simultanément réuniesplusieurs conditions défavorables.Selon leur disposition et l’exposition, les ouvragessupportent plus ou moins bien ces actions.Dans le bâtiment, les balcons, les parties en saillie,dans les ouvrages de travaux publics, les cornichesde ponts, les bordures de trottoirs, les chausséessont plus exposés aux dommages dus au gel que lesparties verticales.A l’action du gel, il faut ajouter celle des fondants(plus couramment appelés sels de déverglaçage),utilisés sur les routes, les pistes, les parkings, quipeuvent affecter les ouvrages voisins par rejaillisse-ment : piles de ponts, bordures de trottoirs, murs desoutènement.Le bon comportement d’un ouvrage en bétondépend directement de la prise en compte de cesdifférentes actions dans la formulation du béton et samise en œuvre, d’une part, dans la conception géné-rale de l’ouvrage, d’autre part.

Les mécanismes développés par le gel

Les dégradations occasionnées par le gel sont dedeux types :– une fissuration répartie dans la masse du béton,provoquée par un mécanisme de gel interne ;– un délitage de la zone superficielle, appelé écailla-ge, qui résulte d’un gradient thermique important auvoisinage de la surface.Ces deux types de dégradations, qui peuvent se pro-duire simultanément ou de manière indépendante,sont dus à des mécanismes distincts : l’action répéti-

tive de cycles de gel et de dégel, ou une brusquechute de température superficielle généralement provoquée par l’action des sels de déverglaçage.

■ L’action des cycles gel/dégel

Il est généralement admis que l’accroissement devolume accompagnant la transformation de l’eau englace (de l’ordre de 9 %) n’est pas la cause princi-pale de la dégradation du béton, ainsi que l’ont mon-tré les recherches menées notamment par Powersou Litvan.En effet, ce sont les pressions engendrées par lesmouvements de l’eau interne vers les « fronts decongélation » formés à certains emplacements dubéton, qui sont considérées aujourd’hui comme lacause principale des dégradations.

■ L’action des sels de déverglaçage

Il est admis que les causes de dégradations duesaux sels de déverglaçage sont principalement :– des causes physiques prépondérantes, liées auchoc thermique consécutif à la fusion de la glace ;– des causes chimiques provoquées par la diffusiondes sels dans le béton.L’importante chute de température de surface, due àla quantité de chaleur consommée pour provoquer lafusion de la glace, amplifie les effets du gel dans lazone du béton proche de la surface (la chute de tem-pérature de surface peut atteindre 4 °C/minute aulieu de 4 °C/heure habituellement). La dégradationqui peut en résulter se traduit par un phénomèned’écaillage.Les causes chimiques, considérées comme moinsdangereuses, ont trait à l’action des chlorures sur lesaciers, entraînant leur corrosion, et aux attaques decertains sels contenus dans les fondants, tels queles sulfates.

Les principes de prévention

■ Contre le gel

Pour empêcher l’apparition de pressions excessivesdans le béton, on crée, grâce à un entraîneur d’air,un réseau de bulles qui doivent être nombreuses etbien réparties :• leurs dimensions ne doivent pas dépasserquelques dizaines de micromètres ;

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6.2 La tenue au gel

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• leur espacement, qui détermine le niveau de pres-sion, proportionnel au trajet parcouru par l’eau pouratteindre le front de gel le plus proche, doit être infé-rieur à une valeur critique de l’ordre de 400 µm.Le rôle de l’entraîneur d’air est double :• introduire un pourcentage d’air supplémentaire del’ordre de 5 % du volume de béton ;• fractionner les bulles en de nombreuses petitesbulles de faibles dimensions.

■ Contre les sels de déverglaçage

La création de bulles d’air dans le béton apporte uneamélioration, notamment vis-à-vis du choc ther-mique, mais elle n’est pas de nature à prévenir la dif-fusion des sels dans le béton.De ce point de vue, la qualité générale du béton et lessoins apportés à la mise en œuvre, en particulier lavibration et le surfaçage, constituent les meilleuresprécautions.

La conception du béton résistant au gel

■ Les catégories de bétons

Les différentes parties d’un ouvrage ne sont passoumises au même niveau de risques à l’égard dugel.La qualité du béton devra donc tenir compte de plu-sieurs critères selon le niveau de sécurité recherché :• exposition de l’élément concerné ;• exigences mécaniques pour la partie d’ouvrage ;• degré de durabilité souhaité.Le guide du SNBATI, « Durabilité des bétons durcissoumis à l’action du cycle gel-dégel », prévoit troiscatégories de bétons G1, G2, G3, selon les niveauxretenus pour ces critères.Leurs caractéristiques sont précisées au tableau ci-après.

■ Les constituants du béton

Les ciments

Vis-à-vis de la seule action du gel, tous les cimentsde classe 32,5 et plus, le ciment fondu et le cimentprompt, conviennent. Leur choix est déterminé pard’autres critères, tels que la résistance mécaniqueaux échéances prévues.

Les granulats

Les granulats gélifs sont évidemment à rejeter ; ilconviendra donc de s’assurer qu’ils satisfont auxessais de sensibilité au gel définis par la norme NF P 18-593. Le critère de porosité n’est, en effet,pas suffisant, la gélivité dépendant de la taille et de la répartition des pores.Les sables, favorisant le ressuage (sables creux ousables contenant du mica), sont à écarter.

Les adjuvants

L’efficacité des entraîneurs d’air, dont l’emploi estimpératif, doit être vérifiée au regard du facteur d’es-pacement et de sa reproductibilité, d’une part, de lastabilité du réseau de bulles, d’autre part.

■ L’étude du béton

Pour résister au gel et aux sels de déverglaçage, unbéton doit nécessairement satisfaire deux conditions :• un réseau de bulles approprié ;• une classe de résistance mécanique élevée.Le coefficient d’espacement du réseau de bulles (1/2distance moyenne entre bulles) ne doit pas dépasser200 µm.La recherche d’une résistance élevée du bétonnécessite une étude approfondie de sa composition.En effet, la loi de Féret établit la relation entre larésistance en compression du béton et les propor-tions de ciment, d’eau et d’air selon la formule

Rc = K ( )2

Le supplément d’air entraîné A impose donc d’êtrecompensé par une diminution de la teneur en eau« e » et une augmentation du pourcentage deciment « c » (de l’ordre de 10 %) pour ne pas dimi-nuer la résistance.Il faut d’ailleurs remarquer que la limitation de lateneur en eau, et plus précisément du rapport e/c,est favorable à l’obtention de bulles de petitesdimensions. L’emploi d’un plastifiant peut faciliter lamise en œuvre du béton, mais il faudra vérifier qu’ilne nuit pas à la stabilité du réseau de bulles.

cc + e + A

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Fragment de pâte de ciment contenant un capillaire et deux bulles d'air. Des cristaux de glace se sont formés dans le capillaire et les bulles, au contact de leur paroi. L'eau afflue vers ces cristaux.

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La classe de résistance du béton ne sera jamaisinférieure à B 25 (25 MPa à 28 jours) et de préfé-rence B 30 pour les bétons soumis à des conditionssévères.Le tableau suivant, extrait du guide du SNBATI« Durabilité des bétons durcis soumis à l’action du

cycle gel-dégel », récapitule les exigences essen-tielles que doivent satisfaire le béton et ses consti-tuants pour résister au gel.Ces recommandations ne sont applicables que pourdes bétons traditionnels mis en œuvre par desmoyens classiques, en atelier ou sur le chantier.Elles concernent aussi bien les bâtiments que lesouvrages d’art, mais ne s’appliquent pas aux bétonstels que :• les bétons spéciaux (bétons de fibres, de granulatslégers) ;• les bétons de hautes performances ;• les bétons préfabriqués faisant l’objet d’unemarque ou d’un agrément ;• les bétons étuvés à plus de 50 °C ;• les bétons pompables ;• les bétons routiers ;• les bétons de barrages.

131

■ Le contrôle des bétons

Les essais d’étude découlent actuellement denormes américaines (ASTM), dans l’attente de lanorme française qui doit être basée sur la mêmedémarche :– essai de comportement au gel interne ;– sensibilité à l’écaillage principalement dû aux selsde déverglaçage.Ces essais consistent à soumettre le béton à un cer-tain nombre de cycles de gel et de dégel, avec ousans présence de solution saline. Les mesures d’al-longement, d’évolution du module d’élasticité et deperte de poids, doivent demeurer en deçà des seuilsfixés par les normes. Ces essais d’étude sont confir-més sur le chantier par des essais de convenance,portant sur la teneur en air entraîné et, pour desouvrages importants, par des mesures du facteurd’espacement.

La mise en œuvre du béton

Les différentes phases de la mise en œuvre dubéton, de sa fabrication à la mise en place, doiventêtre particulièrement soignées, la qualité du béton et

la stabilité des bulles constituant les facteurs deréussite de la résistance au gel.

■ La fabrication

Le malaxage, toujours important pour le béton, l’estencore plus lorsqu’il faut créer un réseau de bullesd’air de petit diamètre et bien réparties. Il doit êtreénergique, effectué à vitesse élevée et suffisammentlong.

■ Le transport

Si le béton est fabriqué hors du chantier (centrale deBPE par exemple), l’organisation du transport doitêtre soigneusement planifiée, afin d’éviter une atten-te prolongée avant mise en œuvre, qui peut influersur la teneur en air.

■ La mise en place

La pervibration régulière et uniforme permet de frac-tionner les grosses bulles instables. Lors du surfaça-ge des surfaces horizontales, il faut éviter un talo-chage trop poussé qui favorise les remontées d’eau,ainsi que les ragréages.

EXIGENCES SUR LES CONSTITUANTS ET LES BÉTONS(tableau récapitulatif SNBATI)

Corrélation entre le facteur E/Cet la dimension des bulles d'air.

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■ La cure et le durcissement

La cure est particulièrement importante pour lesbétons destinés à résister aux effets du gel et dessels.Il est donc impératif de protéger le béton contre lachaleur, le dessèchement et le froid, pendant saprise et son durcissement.• Par temps chaud, l’humidité du béton jeune peutêtre maintenue par arrosage, sacs humides, mise enplace d’un film de polyéthylène. Si on utilise un pro-duit de cure, il doit être pulvérisé de façon régulièreet appliqué immédiatement après mise en œuvre dubéton.• Par temps froid, le béton doit être abrité et éven-tuellement maintenu à une température de 10 °C auminimum.Une longue période de maturation est recomman-dée avant exposition au gel.

La conception des ouvrages

Un béton durci, protégé contre l’humidification, n’estpas gélif ; il peut cependant être vulnérable au gellorsqu’il occupe dans une construction une positionplus exposée à des risques d’accroissement de l’hu-midité : parties horizontales non protégées, partiesd’ouvrages en contact avec l’eau ou un sol humide.Dans les bâtiments, on peut définir quatre zones parordre croissant de risque d’exposition au gel :• parties en élévation constituées par les murs verti-caux protégés des eaux de ruissellement ;• parties en rejaillissement des murs verticaux ;• balcons, acrotères, appuis de fenêtres, socles etsoubassements qui reçoivent directement les eauxde pluie ou qui sont soumis à une humidification parcapillarité ;• dallages extérieurs qui retiennent les eaux le pluslongtemps.

Les parties d’ouvrages plus particulièrement expo-sées en génie civil sont les suivantes :• piles et culées de pont en bordure de chausséesou situées en zone de marnage ;• murs de soutènement et murs de quais ;• corniches de ponts ;• bordures de trottoirs et caniveaux ;• plots de barrières de sécurité et séparateurs ;• murs antibruit ;• blocs de défense maritime ;• entrées de tunnels.Les dispositions constructives suivantes seront doncappliquées avec d’autant plus de soin que lesouvrages ou parties d’ouvrages sont plus exposés.

■ L’enrobage des aciers

Le minimum prévu par la réglementation est de2,5 cm, porté à 4 cm pour les ouvrages soumis à desconditions sévères en matière de gel et exposés auxactions des sels fondants (règles BAEL 91).

■ Le dispositif de collecte des eaux

Il est impératif que tout l’ouvrage présente un écou-lement d’eau conçu pour éviter l’accumulation ou leruissellement sur les parties non protégées desouvrages.Les parties extérieures de surface plane et horizon-tale favorisent l’accumulation d’eau et la saturationdu béton. Il faut donc toujours chercher à donner unepente, une dépouille à toutes ces surfaces (trottoirs,face supérieure des corniches de pont, toitures-ter-rasses). Cette pente sera au minimum de 3 %.Dans tous les dispositifs, il est important de prévoirun système de goutte d’eau (larmier) empêchant lesretours vers l’ouvrage.

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PARTIE 8

APPLICATIONS

DES BÉTONS

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Pourquoi armer le béton ?

Dans la plupart des éléments d’une construction, sedéveloppe un ensemble de contraintes résultant desdiverses actions auxquelles ils sont soumis. La résis-tance à la compression du béton lui permet d’équili-brer correctement les contraintes de compression.Par contre, du fait de la relative faiblesse de sa résis-tance à la traction, il n’en est pas de même pour lescontraintes de traction.

C’est pourquoi l’on dispose dans les parties tenduesd’une pièce de béton, des armatures (barres outreillis soudés) généralement en acier, matériau quiprésente une bonne résistance à la traction.

Diverses raisons justifient l’emploi des armaturesdans le béton, notamment :

• la reprise des efforts de traction que ne peut assu-mer le béton ;

• un moyen de s’opposer à sa fissuration ;

• la liaison entre éléments ;

• des raisons de sécurité ;

• plus généralement des dispositions dites « debonne construction ».

L’idée d’associer au béton des armatures d’acier dis-posées dans les parties tendues revient à Lambot

(1848) et à Monier (1849), qui prit un brevet pour descaisses horticoles en ciment armé.Les premières applications du béton armé dans desconstructions sont dues à Coignet, puis à Henne-bique, qui a réalisé le premier immeuble entièrementen béton armé en 1900.La quantité d’armatures et leur disposition, dictéespar la répartition des contraintes, résultent de calculsqui font appel aux lois de comportement des maté-riaux. Il faut enfin souligner que certains ouvrages enbéton ne nécessitent pas d’armatures : c’est le casdes bétons de masse, ou d’une grande partie deschaussées en béton.

Principes de calcul du béton armé

Les règlements de calcul sont conçus de façon àgarantir la sécurité et la pérennité des structures.D’une part, ils précisent le niveau maximal desactions (voir le paragraphe « Actions etsollicitations ») pouvant s’exercer sur un ouvragependant sa durée de vie ; d’autre part, ils tentent deprémunir le concepteur contre les insuffisances dequalité des matériaux.Le premier objectif est atteint par la prescription devaleurs caractéristiques ou nominales des actionset, éventuellement, par l’imposition de coefficients

165

8.1 Le béton armé

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de sécurité majorateurs frappant les sollicitationsrésultant de ces actions. La probabilité d’occurrencesimultanée d’actions indépendantes peut être trèsvariable selon leur nature. Il est donc nécessaire dedéfinir les combinaisons d’actions dans lesquelles, àla valeur caractéristique d’une action dite de base,s’ajoutent des valeurs caractéristiques minoréesd’autres actions dites d’accompagnement.Le second objectif est obtenu par l’application decoefficients de sécurité minorateurs aux valeurs desrésistances caractéristiques des matériaux utilisés.Les valeurs de ces coefficients diffèrent selon lesprincipes de calcul adoptés. Le calcul dit « auxcontraintes admissibles » conduisait seulement àvérifier que les contraintes de service d’un élémentde structure demeuraient à l’intérieur d’un domainedéfini par les valeurs bornées des contraintes ;celles-ci étaient égales aux contraintes de rupturedes matériaux, minorées par un coefficient de sécu-rité. Cette méthode ne reflétait pas toujours la sécu-rité réelle offerte par les structures.C’est pourquoi la méthode de calcul « aux états-limites » lui a été substituée et se fonde sur uneapproche semi-probabiliste de la sécurité. Ce typede calcul permet de dimensionner une structure demanière à offrir une probabilité acceptable de ne pasatteindre un « état-limite », qui la rendrait impropre àsa destination. Cette définition conduit à considérerplusieurs familles d’états-limites, telles que les états-limites de service, les états-limites de fissuration, dedéformation, les états-limites ultimes de résistance,de renversement, de flambement, les états-limitesde fatigue ou les états-limites de tenue au feu.Les règles BAEL 91 (Béton Armé aux États-Limites)fondées sur ces notions constituent le fascicule 62 duCCTG applicable aux marchés publics de travaux.

Actions et sollicitations

■ Les actions

Elles sont constituées par les forces et les couplesrésultant des charges appliquées ou des déforma-tions imposées à une construction.On distingue :• Les actions permanentes dues au poids proprede la structure et au poids total des équipementsfixes. Les poussées de terre ou la pression d’un liqui-de (pour les murs de soutènement, les réservoirs...)sont également comptées comme actions perma-nentes.• Les actions variables dues aux charges d’exploi-tation, aux charges climatiques, aux charges tempo-raires appliquées en cours d’exécution, aux défor-mations provoquées par les variations de températu-re.En fonction de la destination des locaux ou desouvrages et en l’absence de données résultant desconditions réelles d’exploitation, les charges rete-nues pour les calculs sont fixées forfaitairement pardes normes ou des règlements (par exemple lanorme AFNOR NF P 06-001 pour les charges d’ex-ploitation des bâtiments).Les charges dues au vent ou à la neige sont fixéespar les règles Neige et NV selon le site, l’altitude,l’exposition, l’inclinaison de l’ouvrage.• Les actions accidentelles dues aux séismes, auxexplosions, à l’incendie sont prises en compte pardes règlements spécifiques (Règles PS pour lesséismes).

■ Les sollicitations

Les sollicitations sont les efforts (effort normal, efforttranchant), et les moments, appliqués aux élémentsde construction. Elles sont déterminées, à partir des

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1900 : le premier immeuble en béton armé, rue Danton à Paris.

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actions considérées, par des méthodes de calcul appropriées faisant généralement appel à la résis-tance des matériaux ou à des études de modélisation.

■ Les combinaisons d’actions

Dans les calculs justificatifs de béton armé, on consi-dère des sollicitations dites de calcul, qui sont déter-minées à partir de combinaisons d’actions dont onretient les plus défavorables.

Décomposition en sollicitations élémentaires

Pour la compréhension des calculs, il est intéressantde considérer successivement les différentes natu-res de sollicitations indépendamment les unes desautres, bien que, dans la réalité, on ait, la plupart dutemps, affaire à une combinaison de celles-ci.

■ Efforts normaux

Compression simple

Lorsqu’un poteau n’est soumis, en plus de son poidspropre, qu’à une charge F appliquée au centre degravité de sa section, il est dit sollicité en compres-sion simple. Il convient de remarquer que ce casthéorique n’est pratiquement jamais réalisé, la forceF résultante étant généralement excentrée par rap-port à l’axe du poteau ; il existe aussi des efforts hori-zontaux qui provoquent un moment fléchissant.

Traction simple

Ce cas limité (suspentes, tirants) nécessite évidem-ment une armature longitudinale pour reprendre ceteffort que le béton ne serait pas à même de supporter.

■ Flexion

Lorsque l’on considère une poutre fléchie, on peutconstater que les fibres inférieures soumises à descontraintes de traction s’allongent, alors que lesfibres supérieures en compression se raccourcis-sent. Si l’on considère une portion de poutre donttoutes les fibres avaient une longueur �0 avant défor-mation, chaque fibre présentera, après déformation,une longueur �1 = �0 + Ky, en admettant l’hypothèseque chaque section droite reste plane après défor-mation de la poutre.

La fibre neutre est celle dont la longueur ne variepas : �1 = �0.

Notations(conformément aux règles BAEL 1991)

h : hauteur totale de la section ;y : distance de la fibre neutre ;εbc : raccourcissement relatif du béton comprimé ;εst : allongement relatif de l’acier tendu ;z : bras de levier du couple de flexion.L’équilibre de la résultante des forces de traction etde celle des forces de compresion dans chaque section se traduit par l’égalité :Nbc x z = Nst x z = Mf.Nbc : résultante des efforts de compression ;Nst : résultante des efforts de traction (repris parl’acier) ;Mf : moment fléchissant dans la section considérée.

■ Effort tranchant

L’effort dit tranchant entraîne, pour une poutre homo-gène, une fissuration qui se développe à environ 45° par rapport à la ligne moyenne de la poutre.

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Contrainte de cisaillement horizontale :

Fissuration et amorce de rupture provoquée par l’effort tranchant.

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■ Pièces fléchies hyperstatiques

On rencontre des poutres continues reposant surplus de deux appuis (poutres hyperstatiques) com-portant des porte-à-faux, des encastrements.Le cas schématique suivant permet de comprendrel’inversion des moments fléchissants (pas nécessai-rement au niveau des appuis) et montre que les par-ties tendues peuvent se trouver dans la zone supé-rieure de la poutre.

En reportant la valeur du moment fléchissant enchaque point de la poutre, on obtient un diagrammedes moments fléchissants qui permet de visualisersa variation.Pour le cas précédent, on voit qu’il est nul sur l’appuiA (lorsqu’il n’y a aucun encastrement), passe par un maximum dans la travée AB, avant de changer de signe et passer par un maximum au niveau del’appui B.

Détermination des sollicitations de calcul

Si l’on désigne par :Gmax : l’ensemble des actions permanentes défavo-rables ;Gmin : l’ensemble des actions permanentes favo-rables ;Q1 : une action variable dite de base ;Qi : les autres actions d’accompagnement ;FA : une action accidentelle,les sollicitations de calcul résultent des combinai-sons suivantes, selon l’état-limite considéré.

États-limites ultimes de résistance (ELU)

Combinaisons fondamentales :1,35 Gmax + Gmin + γQ1 Q1 + Σ1,3Ψ0i Qi.Le coefficient γQ1 vaut généralement 1,5 ; dans lesbâtiments agricoles à faible densité d’occupationhumaine, entre autres, il vaut 1,35.Les valeurs des coefficients Ψ sont fixées par lestextes en vigueur (normes).Combinaisons accidentelles :Gmax + Gmin + FA + Ψ11 Q1 + Σ1,3Ψ2i Qi

États-limites de services (ELS)

Gmax + Gmin + Q1 + ΣΨ0i Qi

Coefficients de sécurité partiels sur les matériaux

Les valeurs des résistances caractéristiques desmatériaux sont minorées par un coefficient de sécu-rité partiel γm dont la valeur est fonction du degré decertitude avec lequel sont réputées connues cesrésistances. A l’ELU, on prend γm = 1,50 (sauf déro-gation) pour le béton et γm = 1,15 pour l’acier.

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Les aciers d’armature

■ Diagramme déformation/contrainte

Un acier soumis à une contrainte de traction crois-sante s’allonge de façon linéaire jusqu’à un point Ecorrespondant à sa limite élastique.Au-delà, la déformation non réversible présente unecourbe du type ductile (selon le traitement de l’acier).

Le diagramme théorique réglementaire est schéma-tisé par deux segments de droite : la partie linéairede la courbe précédente, et un segment horizontalau niveau de la limite d’élasticité.

La déformation Es = 10 ‰ est la déformation retenuecomme limite ultime.

■ Les aciers utilisés comme armatures

Les aciers utilisés comme armatures sont désignéspar :• leur limite élastique conventionnelle E en MPa ;• leur nuance (doux, mi-dur, dur) ;• leur forme (lisse, haute adhérence).Exemple : un acier HA FeE 400 désigne un acierhaute adhérence de limite élastique 400 MPa.Les nuances les plus courantes utilisées pour lebéton armé sont les suivantes :

Les spécifications concernant les barres sontdétaillées dans les normes AFNOR NF A 35-015(barres lisses), NF A 35-016 (barres à haute adhé-rence) et NFA 35-022 (treillis soudés).Les barres à haute adhérence comportent desreliefs ou nervures qui favorisent l’ancrage de labarre sur le béton ; les reliefs définis par la normecomme paramètres de forme sont répartis en troisclasses.

■ Présentation commerciale des aciers

Les aciers sont livrés en barres de 12 m et 15 mdans les diamètres 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25, 32,40 millimètres.

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Armatures torsadées à froid à verrous transversaux obliques en croissant.

Armatures à empreintes.

Armatures à verrous transversaux obliques en croissant.

Cas des aciers naturels ou fortement écrouis.

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Château d’eau, poutres rayonnantes : des exemples de durée ou de beauté des formes.

La qualité de mise en œuvre des armatures – horizontales ou verticales,

celle de la composition des bétons, sont les garants de la pérennité

des bétons armés.

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Le béton

Une protection efficace des armatures nécessite à lafois un béton dont la porosité est aussi faible quepossible (impliquant notamment un dosage mini-mum en ciment de 350 kg/m3) et un enrobage de 1 à 5 cm selon l’agressivité de l’environnement.Des dispositions complémentaires sont indiquéesdans les règles BAEL 91 notamment pour les dispo-sitions d’armatures groupées.

La liaison béton-acier

Adhérence

La résistance d’un élément en béton armé supposeque l’acier ne puisse pas glisser à l’intérieur dubéton, c’est-à-dire qu’il y ait adhérence entre lesdeux matériaux.L’adhérence des armatures est fonction de leurforme, de leur surface (les nervures améliorent l’ad-hérence), de la rugosité de l’acier, de la résistancedu béton.Pour les treillis soudés, l’ancrage est égalementassuré par les barres transversales au sens de l’ef-fort axial.Des formules appropriées permettent le calcul d’adhérence d’une barre en partie courante et auniveau des différents types d’ancrage, dont le plushabituel est obtenu par courbure de la barre (ou crochet) (règles BAEL 91).

Diverses dispositions d’ancrage des barres Recouvrements

Pour assurer la continuité d’adhérence au niveau dela jonction de deux barres, les prescriptions pré-voient leur recouvrement sur une certaine longueuret, éventuellement, l’exécution de crochets à leursextrémités.

Liaison des armatures

La continuité de la transmission des efforts par lesarmatures est obtenue par recouvrements, maispeut aussi nécessiter des jonctions par soudure oupar manchons. Les jonctions par soudure sont inter-dites au chalumeau et ne sont autorisées qu’avecdes armatures de qualité soudable.

Position des armatures

Les tolérances sur la position des armatures, pourassurer leur enrobage correct ou la reprise desefforts conforme aux calculs, imposent des précau-tions garantissant le respect de la position duranttoute la phase de bétonnage et de serrage.Des cales en béton ou en plastique de diversmodèles facilitent la mise en place correcte desarmatures et leur maintien, tout en présentant descaractéristiques adaptées à celles du béton.

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Ancrages rectilignes.

Ancrages courbes.

Crochet normal.

Crochet avec angle au centre à 120°.

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Dispositions des armatures dans les cas usuels

■ Poteaux en compression centrée ou faiblement excentrée

Ils doivent comporter• Des armatures longitudinales constituées de rondslisses, de barres à haute adhérence ou de treillissoudés en acier de nuance au moins FeE400.La section d’armature est au moins égale à 0,2 % dela section de béton, sans pouvoir excéder 5 %.Les armatures longitudinales sont réparties dans lasection au voisinage des parois de façon à assurerau mieux la résistance à la flexion de la pièce dansles directions les plus défavorables.• Des armatures transversales disposées en planssuccessifs perpendiculaires à l’axe longitudinal de lapièce.Ces armatures assurent un ceinturage continu sur lecontour de la pièce, entourant toutes les armatureslongitudinales.

■ Poutres en flexion simple

Les efforts de traction maximum en partie bassesont entièrement repris par les aciers longitudinauxqu’on aura intérêt à placer le plus bas possible, touten gardant un enrobage suffisant pour assurer leurprotection.

Le moment de flexion croissant des appuis jusqu’aumilieu de la portée, on aura intérêt à prévoir plu-sieurs nappes superposées d’armatures de lon-gueur décroissante, afin que les sollicitations soientéquilibrées, quelle que soit la section considérée.

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Les armatures longitudinales en partie haute – des-tinées à faciliter la mise en place des armaturestransversales dont la fonction est la reprise de l’efforttranchant – peuvent être conçues pour reprendreune partie des efforts de compression.Dans le cas des poutres hyperstatiques (poutrescontinues sur plusieurs appuis, encastrement), desefforts de traction se développent localement à lapartie supérieure de la poutre, ce qui conduit à y pré-voir des armatures longitudinales (chapeaux).

■ Murs en béton armé

Les dispositions concernant la détermination et lepositionnement des armatures sont décrites, pourles cas généraux, par la norme NF P 18-210 « Travaux de bâtiment. Murs en béton banché.Cahier des clauses techniques. (ref DTU 23.1) ».

Indépendamment des armatures destinées àreprendre certains efforts particuliers et qui résultentdes calculs de résistance à l’état limite ultime, un murdoit comporter des armatures minimales, dites decomportement, susceptibles de s’opposer aux sollici-tations d’origine hygrothermique ou aux variationsdimensionnelles dues au retrait du béton.Pour les murs extérieurs, la norme NF P 18-210(DTU 23.1) prévoit une épaisseur minimale de 15 cm, avec une armature de peau généralementconstituée par un treillis soudé disposé côté exté-rieur du mur (enrobage minimum 3 cm).Section minimale d’acier :– pour les fils horizontaux : 1 cm2/m linéaire vertical ;– pour les fils verticaux : 0,5 cm2/m linéaire horizontal.Maille du treillis inférieure à 25 cm.Des dispositions particulières sont prévues pour laliaison des murs superposés et pour les jonctionsavec les planchers ou les chaînages.Pour un mur de refend soumis à une charge centrée,les armatures sont réparties en deux nappesproches des faces du mur.

Coupe en section courante.

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Exemples de dispositions

Panneau de façade d’une maison individuelle charge< 1 MPa.

■ Semelles de fondation

Les semelles correspondent à l’élargissement à labase de la section des murs ou des poteaux, defaçon à répartir les charges transmises au sol selonsa capacité portante.Lorsque la semelle est filante sous un mur, desaciers disposés dans l’axe de celui-ci assurent unrôle de répartition (chaînage).

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Mur de refend, bâtiment R + 3.Treillis soudés 200 × 200, ∅ 6 mm.

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■ Murs de soutènement

Ils sont destinés à s’opposer à la poussée des terresde talus ou remblais et à protéger un bâtiment, unouvrage d’art ou une route.La forme courante adoptée pour ces murs est le « T renversé » qui permet de transmettre les effortsde poussée au sol par l’intermédiaire d’une semellecorrectement dimensionnée.Cette solution est applicable, même pour des sols decaractéristiques mécaniques courantes, aux mursn’excédant pas 5 à 6 m de hauteur.

Le ferraillage principal de ce type d’ouvrage résultedu calcul dans les sections critiques du voile (au tierset à mi-hauteur) et dans les sections d’encastrementvoile et semelle.Le ferraillage secondaire tient compte des disposi-tions constructives et des actions (gradient ther-mique, vent ou tassements différentiels).

Exemple de mur de soutènement d’un terre-plein de4,20 m de hauteur pouvant supporter une charged’exploitation de 0,01 MPa.Sol pouvant supporter une contrainte admissible de0,2 MPa.

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Mur de soutènement Chapsol à semelle en T renversé.

Armatures principales : barres HA et treillis soudés TSHA.Armatures secondaires : treillis soudés PS 106.

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CONSEIL


CONSEIL

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Comme le béton armé, le béton précontraint associebéton et armatures, mais il s’en différencie de façonfondamentale dans son principe.En 1935, son inventeur, Eugène Freyssinet, définis-sait ainsi la précontrainte : « Précontraindre uneconstruction, c’est la soumettre avant applicationdes charges à des forces additionnelles déterminantdes contraintes telles que leur composition aveccelles qui proviennent des charges donne en toutpoint des résultantes inférieures aux contrainteslimites que la matière peut supporter indéfinimentsans altération. »La précontrainte, en effet, a pour but de soumettre lebéton à des contraintes préalables de compressiontelles qu’une fois en service, elles s’opposent auxcontraintes de traction créées par les charges etmaintiennent le béton en état de compression.Le béton, matériau qui présente une faible résistan-ce à la traction, se trouve ainsi utilisé au mieux deses possibilités en ne travaillant qu’en compression.Cette technique est à l’origine de progrès considé-rables dans l’emploi du béton, que ce soit dans lesstructures et les ouvrages d’art ou dans les élémentspréfabriqués pour le bâtiment.La précontrainte permet la réalisation d’ouvragessoumis à des contraintes importantes (ponts ouréservoirs de grande capacité) aussi bien que d’élé-ments qui, tout en étant de faible épaisseur, doiventassurer des portées relativement longues (dalles-planchers, poutres).

Comment agit un câble de précontrainte ?

Pour bien comprendre la décomposition de l’effortexercé par un câble de précontrainte, il est intéres-sant de considérer le cas simple d’une poutre flé-chie, comprimée par une force égale et opposée à latension F du câble.Au centre de gravité G d’une section quelconque AA’de la poutre, les efforts peuvent se réduire à :• un effort normal F x cos α g F (car l’angle α estpetit) ;• un moment de flexion F x e ;• un effort tranchant F x sinα.

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8.2 Le béton précontraint

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Pour une poutre isostatique de hauteur constante etdont la ligne moyenne est rectiligne, un câble decourbure constante exerce des efforts verticaux

uniformément répartis le long de la poutre p = qui

s’opposent aux charges supportées par la poutre età son poids propre. L’équilibre se traduit par la relation :

Σ = 2F × sin α

En fait, l’assimilation de l’action de la précontrainte àune charge répartie est rarement utilisée dans lescalculs, du fait de la complexité à laquelle conduitcette analyse. On préfère considérer la précontrain-te comme un effort extérieur sollicitant la section del’élément considéré en flexion composée, et seréduisant aux efforts ramenés au centre de gravité :effort normal, effort tranchant, moment de flexion.En présence de forces extérieures développant desefforts tranchants, l’effort tranchant résultant est lasomme algébrique de ces efforts et de ceux engen-drés par la précontrainte. Dans une section quel-conque d’un élément où l’effet de la précontrainte F x sin α ( s’oppose à celui des forces extérieures V,l’effort tranchant réduit Vr, est égal à :

Vr = V – F x sin αDans la pratique, la tension d’un câble de précon-trainte est calculée pour appliquer au béton un efforttranchant permettant de compenser les forces exté-rieures et le poids propre de l’élément, ce quiempêche généralement l’apparition des fissuresd’effort tranchant que l’on observe dans certainesconditions en béton armé (inclinées à 45° sur l’axed’une poutre exagérément sollicitée, par exemple).

Principes de calcul du béton précontraint

De même que pour le béton armé, les règlements decalcul du béton précontraint sont conçus de façon àgarantir la sécurité et la pérennité des structures.D’une part, ils précisent le niveau maximal desactions (voir le paragraphe « Actions etsollicitations ») pouvant s’exercer sur un ouvragependant sa durée de vie ; d’autre part, ils tentent deprémunir le concepteur contre les insuffisances dequalité des matériaux.Le premier objectif est atteint par la prescription devaleurs caractéristiques ou nominales des actionset, éventuellement, par l’imposition des coefficientsde sécurité majorateurs frappant les sollicitationsrésultant de ces actions. La probabilité d’occurrencesimultanée d’actions indépendantes peut être trèsvariable selon leur nature. Il est donc nécessaire dedéfinir les combinaisons d’actions dans lesquelles, àla valeur caractéristique d’une action dite de base,s’ajoutent des valeurs caractéristiques minoréesd’autres actions dites d’accompagnement.Le second est obtenu par l’application de coeffi-cients de sécurité minorateurs aux valeurs des résis-tances caractéristiques des matériaux utilisés. Lesvaleurs de ces coefficients diffèrent selon les prin-cipes de calcul adoptés.La méthode de calcul « aux états-limites » se fondesur une approche semi-probabiliste de la sécurité.Ce type de calcul permet de dimensionner unestructure de manière à offrir une probabilité accep-table de ne pas atteindre un « état-limite », qui larendrait impropre à sa destination. Cette définitionconduit à considérer plusieurs familles d’états-limites, telles que les états-limites de service, lesétats-limites de fissuration, de déformation, les états-limites ultimes de résistance, de renversement, deflambement, les états-limites de fatigue ou les états-limites de tenue au feu.Les règles BPEL 91 (Béton Précontraint aux États-Limites) sont fondées, comme leur nom l’indique, surces notions.

Fr(x)

Fr

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Actions et sollicitations

■ Les actions

Elles sont constituées par les forces et les couplesrésultant des charges appliquées ou des déforma-tions imposées à une construction, ainsi que cellesrésultant de la précontrainte.On distingue :• Les actions permanentes dues au poids propre dela structure et au poids total des équipements fixes.Les poussées de terre ou la pression d’un liquide(pour les murs de soutènement, les réservoirs, etc.)sont également comptées comme actions perma-nentes.• Les actions de la précontrainte.• Les actions variables dues aux charges d’exploita-tion, aux charges climatiques, aux charges tempo-raires appliquées en cours d’exécution, aux déforma-tions provoquées par les variations de température.En fonction de la destination des locaux ou desouvrages et en l’absence de données résultant desconditions réelles d’exploitation, les charges rete-nues pour les calculs sont fixées forfaitairement pardes normes ou des règlements (par exemple, lanorme AFNOR NF P 06-001 pour les charges d’ex-ploitation des bâtiments).Les charges dues au vent ou à la neige sont fixéespar les règles Neige et NV selon le site, l’altitude,l’exposition, l’inclinaison de l’ouvrage.• Les actions accidentelles dues aux séismes, auxexplosions, à l’incendie sont prises en compte pardes règlements spécifiques (Règles PS pour lesséismes).

■ Les sollicitations

Les sollicitations sont les efforts (effort normal, efforttranchant) et les moments, appliqués aux élémentsde construction. Elles sont déterminées, à partir desactions considérées, par des méthodes de calculappropriées faisant généralement appel à la résis-tance des matériaux ou à des études de modélisa-tion.

■ Les combinaisons d’actions

Dans les calculs justificatifs de béton armé, on consi-dère des sollicitations dites de calcul qui sont déter-minées à partir de combinaisons d’actions dont onretient les plus défavorables.

Détermination des sollicitationsde calcul

Si l’on désigne par :Gmax : l’ensemble des actions permanentes défavo-rables ;Gmin : l’ensemble des actions permanentes favo-rables ;Q1k : une action variable dite de base ;Qik : les autres actions d’accompagnement ;Pm : la valeur probable d’action de la précontrainte.Pour les états-limites ultimes de résistance (ELU), lessollicitations de calcul résultent de la combinaisonsuivante :S{γpPm + 1,35 Gmax + Gmin + γQ1Q1k + Σ 1,3 ψ0iQik }

i > 1

Le coefficient γQ1 vaut généralement 1,5 ; dans lesbâtiments agricoles à faible densité d’occupationhumaine, entre autres, il vaut 1,35.Les valeurs des coefficients Ψ sont fixées par lestextes en vigueur (norme).γp est égal à 1 dans la plupart des cas ; il est pris égalà 1,35 lorsque la précontrainte est à considérercomme une action extérieure. Les combinaisonsaccidentelles ou celles définissant les sollicitationsde calcul vis-à-vis des états-limites de service sontprécisées par le BPEL 91.

Coefficients de sécurité partiels sur les matériaux

Les valeurs des résistances caractéristiques desmatériaux sont minorées par un coefficient de sécu-rité partiel (γm dont la valeur est fonction du degré decertitude avec lequel sont réputées connues cesrésistances. A l’ELU, on prend γm = 1,50 (sauf déro-gation sur justification) pour le béton et γm = 1,15pour l’acier.

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Béton précontraint pour tous les ouvrages d’art

(viaducs, ponts) ou pour des bâtiments

circulaires, avec précontrainte annulaire.

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Mise en œuvre de la précontrainte

La précontrainte peut être appliquée au béton soitpar pré-tension, soit par post-tension des armatures,selon que celles-ci sont mises en tension avant lecoulage du béton ou après son durcissement.

■ La post-tension

Principe

La précontrainte est réalisée par des armatures(généralement des câbles ou des torons) mises entension lorsque le béton a acquis une résistance suf-fisante lui permettant de supporter les efforts decompression auxquels il est alors soumis.Les armatures, qui doivent pouvoir coulisser libre-ment dans le béton, sont disposées dans desconduits et s’appuient sur les extrémités de la pièceà précontraindre par l’intermédiaire de systèmesd’ancrage.Une technique dite de précontrainte extérieure s’estdéveloppée depuis quelques années. Elle consiste àfaire passer les câbles de précontrainte à l’extérieurde la section de béton. Cette solution présente denombreux avantages, notamment l’allégement desstructures par réduction des sections, la facilité demise en œuvre et surtout les possibilités de rempla-cement des câbles endommagés ou de renforce-ment de structures soumises à des charges accrues.La mise en tension des câbles est effectuée à l’aidede vérins, généralement de façon échelonnée dansle temps (entre 2 et 28 jours) de manière à respec-ter l’évolution du durcissement du béton et l’applica-tion des charges.Le contrôle de la tension est effectué soit par mano-mètre, soit de manière plus précise par mesure del’allongement des câbles. Le calcul de l’allongementdu câble doit tenir compte des différentes causes depertes de tension, par frottement, par déformationsinstantanée ou différée du béton ou par rentrée desancrages. Les règles BPEL 91 fournissent les diffé-rents coefficients liés à ces pertes de tension.Après mise en tension des armatures, les conduitssont remplis avec des coulis de ciment qui doiventoccuper aussi parfaitement que possible les espa-ces entre câbles et conduits. La qualité de l’injectionest une opération très importante, qui conditionne la protection des armatures, donc leur durabilité.

Les armatures de précontrainte

Elles sont composées de torons ou de fils en acier àhaute limite élastique (HLE), plus rarement debarres.• Les torons comportent en général sept fils de petitdiamètre dont six sont disposés en hélice autourd’un fil central de diamètre légèrement plus grand.Les torons les plus courants ont un diamètre d’envi-ron 13 mm et 15 mm. Par abréviation, on les dénom-me torons T 13 et T 15. La réglementation définit lesrésistances garanties à la rupture des fils d’arma-tures d’une part – contrainte de rupture RG compri-se entre 1 400 et 1 800 MPa –, des torons d’autrepart, pour lesquels on considère l’effort de ruptureexprimé en kilonewtons (kN).L’effort garanti de rupture (FRG) d’un toron T 13, de93 mm2 de section nominale, varie, selon la classede l’acier, de 160 à 180 kN ; celui d’un toron T 15, de139 mm2 de section nominale, de 220 à 260 kN.

La limite d’élasticité des armatures a une valeurconventionnelle définie par la valeur de l’effortFTgpour les torons, et par celle de la contrainte Tgpour les fils, correspondant au point d’intersection dela loi de comportement de l’acier avec une droitepassant par le point (0,1 %, 0) et ayant une pente de200 000 MPa.La valeur de FTg est comprise entre 137 et 155 kNpour les T 13, et entre 196 et 225 kN pour les T 15.L’allongement à rupture est d’au moins 3 %.• Les câbles de précontrainte sont composés de plu-sieurs torons ou fils. Les câbles les plus courammentutilisés sont les 12 T 13, 12 T 15, 19 T 15 (compor-tant respectivement 12 et 19 torons). Lorsque degrandes puissances sont nécessaires, on utilise descâbles 37 T 15 (37 torons).Les conduits dans lesquels sont disposées les arma-tures sont soit métalliques (à profil ondulé enfeuillard d’épaisseur comprise entre 0,3 et 0,6 mmou en tube d’acier laminé soudé de 1,5 à 2 mmd’épaisseur, notamment pour des câbles extérieurs),soit en matière plastique (polychlorure de vinylePVC ou polyéthylène, de 5 à 6 mm d’épaisseur pourles gros diamètres). Afin de permettre un bon rem-plissage des conduits, leur section intérieure doitêtre 2 à 2,5 fois plus grande que la section des arma-tures qu’il contient.

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Précontrainte pour des voiles de longue portée, des paraboloïdes,

des dalles de grande surface, des poutres et des caissons –

ou des tours de bureaux.

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Les ancrages de précontrainte

Ils constituent un organe essentiel puisqu’ils permet-tent d’assurer le maintien de l’effort de précontraintedans les armatures après la mise en tension.Dans la plupart des systèmes de précontrainte, leblocage des armatures par rapport à l’ancrage estobtenu par frottement (clavetage dans une pièceconique).Les ciments utilisables dans le béton précontraintpar post-tension font l’objet de la norme NF P 15-318« Ciments à teneur en sulfures limitée pour bétonprécontraint ». La norme précise les spécificationsrelatives à ces ciments ; le critère de sélection estessentiellement une teneur en sulfures et en chlo-rures limitée.Les ciments retenus sont des CEM I, CEM II, CEMIII/A et B ou CEM V de classe au moins 32,5.

■ La pré-tension

Les fils ou les torons sont tendus avant le bétonna-ge. Le béton est ensuite mis en place au contact deces câbles « pré-tendus » auxquels il va se trouverlié. Lorsque le béton est suffisamment durci (résis-tance à la compression d’au moins 25 MPa), on libè-re la tension des câbles qui se transmet au béton paradhérence en engendrant, par réaction, sa mise encompression ; cette forme de précontrainte est dite« par fils adhérents ».Les armatures de précontrainte sont tendues en pre-nant appui sur des culées fixes (bancs de précon-trainte), spécialement construites à cet effet.Après coulage et durcissement du béton, les toronsou les fils sont libérés des culées.Les fils et les torons utilisés pour la précontrainte parpré-tension sont en acier à haute limite élastique. Ilsdoivent satisfaire (de même que les armatures pourla post-tension) aux prescriptions du titre II(Armatures en acier haute résistance pour construc-tion en béton précontraint) du fascicule 4 du Cahierdes Clauses Techniques Générales (CCTG).

Seuls sont autorisés les torons lisses ou crantés etles fils autres que les fils ronds et lisses. Pour les élé-ments préfabriqués les plus usuels en béton précon-traint par fils adhérents, qui sont les poutrelles pourplanchers, on utilise surtout des fils de diamètre 4 à7 mm ou des torons T 5,2 ou T 6,8. Pour les dalles,on utilise des torons de plus forte section : T 9,3 ouT 12,5.Les ciments utilisables pour la précontrainte par pré-tension font l’objet de la norme NF P 15-318, déjàcitée précédemment. Ce sont de préférence desCEM I.

■ La précontrainte par vérins

Les deux techniques précédentes utilisent destorons ou des fils d’acier à haute limite élastique. Ilest possible, lorsque l’on peut disposer de culéessuffisamment résistantes, d’effectuer directement lamise en compression d’une structure en béton aumoyen de vérins prenant appui sur ces culées.C’est encore Freyssinet qui, le premier, a mis enœuvre ce mode de précontrainte au moyen de vérinsplats, outils extrêmement puissants, d’un faible coût.Ce procédé, par la nécessité des culées qu’il impo-se, n’a que des applications limitées. Il a cependantété utilisé pour la construction de pistes d’aviation oude routes. Il a, en particulier, permis la réalisation dela chaussée du tunnel sous le Mont Blanc. La pré-contrainte par vérins plats est aussi utilisée dans lesbarrages.

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Banc de précontrainte.

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Les domaines d’emploi de la précontrainte

■ La post-tension

Les premières applications, qui se sont multipliéespar la suite, sont les ponts à moyenne et grande por-tée : le pont haubanné de Barrios de Luna atteintune portée de 440 mètres. Plus couramment, l’allé-gement des âmes béton et l’emploi de la précon-trainte extérieure permettent des portées variantentre 50 et 250 mètres.La précontrainte permet aussi la réalisation deréservoirs. Certains réservoirs à hydrocarbure attei-gnent 100 000 m3 ; des réservoirs d’eau et des silos,de volume plus modeste, font aussi largement appelà la précontrainte. Il faut encore citer les plates-formes off-shore et les enceintes de réacteursnucléaires, ainsi que l’emploi de la précontrainteextérieure dans la réparation de ponts ou de bar-rages.Dans le domaine du bâtiment, la précontrainte parpost-tension, bien que moins courante, est utiliséepour des poutres de grande portée ou pour desdalles de planchers de section relativement mincepar rapport à leur portée : parkings, bâtiments indus-triels ou commerciaux.

■ La pré-tension

Cette technique est essentiellement utilisée pour leséléments préfabriqués standardisés, où elle se justi-fie par la notion de séries.Le bâtiment constitue le domaine d’emploi le pluscourant pour ces éléments : poutres, poutrelles deplanchers, prédalles, dalles alvéolées de planchersou panneaux de bardage de grandes dimensions (10 à 15 m de longueur), pour bâtiments industriels,commerciaux ou agricoles.La pré-tension est également utilisée pour les pot-eaux de tous types (télégraphiques ou électriques,clôtures, etc.) ou les traverses de chemin de fer.

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L’un des cas les plus courants d’utilisation des poutres précontraintes :les parkings.

Poutrelles standard précontraintes par pré-tension.

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Qu’est-ce que le béton apparent ?

Selon l’architecte Claude Parent : « Le béton, matiè-re malléable, fournit une grande liberté de création :le béton libère l’imagination. Le béton sortant brut deson moule traduit la réalité de sa nature, de sa struc-ture, de sa matière : le béton apporte la franchise del’expression.Le béton ayant la possibilité de modifier son aspectfinal suivant la composition, la paroi du coffrage, letraitement de surface, propose aux architectes unevariété infinie d’états de surface : le béton permet lejeu des apparences. »

■ Les facteurs de l’apparence

Grâce à ses qualités expressives, le béton peut êtrebeau et ne nécessite alors aucun revêtement. Troisfacteurs essentiels déterminent la réussite d’unbéton apparent.

La forme

Les coffrages et les moules de natures très diversespermettent la réalisation de toutes les formes imagi-nées, grâce à la plasticité du matériau.

La teinte

La teinte du parement est apportée par les compo-sants du béton. Gris ou blanc, le ciment, mélangéaux éléments les plus fins du sable (les « fines »),donne au béton brut de démoulage sa teinte de fond.Elle peut être modifiée par l’ajout de colorants –oxydes métalliques ou éventuellement pigments desynthèse – en donnant la préférence aux colorantsnaturels.Dans le cas des bétons traités, c’est la couleur desgranulats les plus gros qui prédomine. Ils seront misen valeur par le traitement qui, suivant son intensité,les rendra plus ou moins visibles.

L’aspect

La surface peut être lisse ou rugueuse, comporterdes creux et des reliefs, reproduire des motifs déco-ratifs.Les dispositions adoptées lors du moulage ou de lamise en œuvre, les traitements de surface avant ouaprès démoulage, créent une variété infinie d’as-pects qui seront accentués par la lumière.

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8.3 Les bétons apparents

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La forme

Une propriété essentielle du béton est son aptitudeà être moulé, ce qui lui permet de prendre la formevoulue par le concepteur.L’élaboration d’un élément et sa reproduction appor-tent une grande liberté de création au maîtred’œuvre, et une facilité d’exécution à l’entrepreneur.Trois exigences concourent à l’obtention correcte dela forme d’un élément en béton : une compositionappropriée du béton, une mise en œuvre soignée,des moules ou des coffrages bien conçus et bienexécutés.

■ La composition du béton

Elle est déterminée en fonction des constituants, dela forme de l’élément à réaliser, de son volume, de ladensité du ferraillage et des moyens de mise enœuvre.Les méthodes théoriques peuvent aider à larecherche de la composition, mais elles doivent fairel’objet de vérifications expérimentales dans lesconditions du chantier. La courbe granulométriquepermet d’apprécier la reproductibilité des gâchéesde béton, et la régularité de ses constituants, notam-ment pour les éléments fins.La plasticité du béton, qui peut être contrôlée pardes essais au cône d’Abrams, doit être ajustée pourpermettre la mise en place correcte du béton.Un béton plastique présentant un affaissement de 8à 10 cm est généralement satisfaisant ; il est préfé-rable de parvenir à cette plasticité par l’emploi deplastifiants réducteurs d’eau, plutôt qu’en augmen-tant le dosage en eau, défavorable à la compacité dubéton, à son aspect et à sa teinte.

■ Les moules et les coffrages

Ce sont les outils qui permettent d’obtenir les élé-ments présentant la forme requise. Le choix dumatériau constitutif et la conception doivent fairel’objet d’une analyse précise, en fonction des condi-tions de mise en œuvre, des pièces à réaliser, dunombre de réemplois. Des indications sont fourniesdans le chapitre 7.4.

Quelle que soit sa nature, le coffrage doit être stableet indéformable, étanche et soigneusement entre-tenu.Les tolérances dimensionnelles et la limitation desflèches imposent un calcul correct des efforts, enparticulier dynamiques, qui lui sont imposés lors dela mise en place du béton et de son serrage.Les coffrages métalliques, utilisés en préfabrication,rendent possibles les petites séries avec les moules« à géométrie variable ». Leur longévité et leur sur-face lisse permettent le respect des formes et leurreproduction à l’identique, même pour de longuesséries. Il faut cependant insister sur l’entretien dontils doivent faire l’objet, les réparations étant plus dif-ficiles qu’avec d’autres matériaux.Les coffrages bois, clouables et sciables, permettentde réaliser des formes complexes ; leur exécutionrelève parfois de l’ébénisterie. Ils sont constitués deplanches brutes ou poncées, tirées de bois d’es-sences diverses qui doivent être bien secs. Lecontre-plaqué, grâce à ses dimensions, évite les rac-cords pour les grandes surfaces. Il se prête aussiaux petits éléments de formes complexes du fait desa facilité de découpe.Les matrices modulaires en élastomère, du fait deleur souplesse, permettent d’obtenir des volumes deforme délicate (sculptures). Il existe également desmoules ou des matrices synthétiques à base dePVC, polyester, époxy.


Elle doit pouvoir assurer un remplissage effectif desmoules, quelle que soit leur forme, et un enrobagecorrect des armatures. C’est pourquoi le mode deserrage retenu doit être adapté à l’élément à réaliser.En préfabrication, on utilise de préférence des tablesvibrantes avec vibrateurs externes ; sur chantier, lavibration interne à l’aiguille est la plus usuelle (voir lechapitre 7.5). Pour éviter une décohésion éventuelle,la coulée du béton, de préférence continue, s’effec-tue à l’aide d’une goulotte ou d’une pompe à bétonen limitant la hauteur de chute et en la canalisant pardes tubes ou des manchons à entonnoir.

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La teinte

Le choix des constituants et leur dosage déterminentla teinte du béton.Il ne faut cependant pas négliger les autres para-mètres qui peuvent influer sur la teinte et sa régula-rité : mise en œuvre, préparation des coffrages,démoulage, cure du béton, stockage pour les élé-ments préfabriqués.

■ Les constituants

Les ciments

Le choix entre ciment gris et ciment blanc est lié àl’effet recherché, aux granulats et aux colorants aveclesquels il se marie.Les ciments doivent être de même classe et demême provenance. Pour des ciments avec ajouts, ontiendra compte de la nature de l’ajout et on veillera àce que leur teneur soit constante.Le dosage doit permettre, conjointement avec leséléments fins, d’assurer l’enrobage régulier des plusgros grains, sans vide et sans ségrégation.

Les sables

Ce sont les éléments essentiels de la teinte de fonddu béton, en particulier par leurs grains les plus fins(inférieurs à 0,3 mm). Le fuseau granulométriquedes fines doit être continu, ce qui peut parfoisconduire à des ajouts de fillers qui apportent à la sur-face du béton un meilleur fini.Les sables présentent une grande variété de teintesselon leur provenance et leur nature ; ils doivent êtrepropres et exempts d’oxydes métalliques et dematières organiques ou végétales susceptibles detacher le parement.

Les gravillons et graviers

Ils n’influencent la teinte du béton que lorsqu’ils sontrendus apparents par un traitement. Dans ce cas, onutilise des grains de dimensions voisines.Leur origine est très variée : siliceux, calcaires, érup-tifs. Leur coefficient de forme doit être convenable,en évitant les granulats en plaquettes ou en aiguilles.

Les colorants

La coloration du béton dans la masse est obtenueavec des pigments, de préférence minéraux, plusstables que les pigments de synthèse. La combinai-son des teintes avec les granulats et les cimentsnécessite des essais préalables permettant de choi-sir le colorant approprié et son dosage (générale-ment compris entre 1 et 3 % du poids de ciment).

L’eau

Son influence sur la teinte du béton est importante.Elle devra être propre et dosée correctement pourassurer la maniabilité du béton. Un excès d’eauconduit à la ségrégation des éléments fins, un défautd’eau provoque le bullage.Le dosage retenu doit être respecté d’une gâchée àl’autre pour éviter les variations de teinte.

Les adjuvants

Pour améliorer la maniabilité du béton, sans aug-menter le dosage en eau, les plastifiants réducteursd’eau ou les entraîneurs d’air ont un rôle favorable.Les hydrofuges s’opposent à la diffusion des selsentraînés par l’eau (efflorescences) et sont doncfavorables à la teinte régulière des bétons apparentssous réserve d’une compacité de béton satisfai-sante.


Les coffrages

La nature plus ou moins absorbante des matériauxde coffrage, l’agent démoulant influent directementsur la teinte du béton (voir le chapitre 7.4). Il fautdonc veiller, au cours des réemplois, à ce que lescaractéristiques de surface du coffrage ne soient pasmodifiées. Les coffrages doivent, bien entendu, êtresoigneusement nettoyés et ne présenter aucunetrace (taches, rouille) susceptible de marquer leparement du béton. Les produits de démoulage doi-vent être préalablement testés pour apprécier leurréactivité sur le béton.

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L’apparence découle à la fois du choix des composants du béton et dutraitement de surface.

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Ces échantillons montrent quelques

exemples significatifs de bétons obtenus

avec des granulats dediverses provenances –

et avec différents traitements de surface.

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La mise en place

Les précautions relatives à sa régularité, déjà men-tionnées, sont également valables pour leur influen-ce sur la teinte du béton : ségrégation, variation decompacité se traduisent par des nuances de teinte.

Le démoulage

La durée de conservation du béton dans le coffrageet les conditions ambiantes ayant un effet sur sateinte, elles seront maintenues aussi constantes quepossible.

La cure

Elle favorise un durcissement homogène du béton,sans dessiccation de surface, et constitue ainsi unélément favorable à l’obtention d’une teinte régu-lière.

L’aspect

L’aspect est lié aux reliefs de la surface sur laquellejoue la lumière. Il est obtenu soit par un brut dedécoffrage, soit par le traitement de surface effectuéaprès décoffrage.

■ Les bétons bruts de décoffrage

Les exigences précédemment détaillées s’appli-quent à la recherche des aspects des bétons : choixet préparation des coffrages, composition du béton,mise en place.

Les coffrages

Les reliefs sont, en général, faciles à réaliser avecdes coffrages à base de bois, plus faciles à décou-per et à assembler et qui conduisent à de bons résul-tats, ou avec des matrices thermoformées ou sculp-tées (élastomères, mousses).Avec les coffrages bois, des traitements à la soude,par brûlage ou par brossage, permettent d’accentuerla profondeur du veinage.Les matrices en matériaux de synthèse peuvent êtreobtenues à partir d’un contre-moule ; elles existentaussi en modèles standard commercialisés sousforme de modules.

La composition du béton

Elle doit être suffisamment riche en fines, pas tropen eau, tout en présentant la plasticité propre à luiassurer une mise en place correcte. Une bonnecomposition doit permettre un parement homogèneexempt de bullage ou de nids de cailloux.Pour obtenir des motifs comportant des reliefs fins etfragiles, on peut améliorer la cohésion du béton et sarésistance au jeune âge par incorporation de fibres.

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Moule élastomère pour panneau sculpté.

Béton brut de décoffrage.

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La mise en place

Elle requiert les précautions habituelles prises lorsde la coulée du béton et de son serrage.Il faut également mentionner le recours aux tech-niques de projection pour la mise en œuvre devoiles, coques ou structures. L’état de finition dubéton projeté peut donner lieu à des aspects trèsvariés : bruts ou lissés.

■ Les traitements de surface

Ils ont pour objet d’animer la surface du béton, soiten rendant les granulats apparents, soit en créantdes reliefs (stries, cannelures, rugosités, etc.).Ces traitements sont exécutés sur béton frais ou surbéton plus ou moins durci.

■ Les traitements par effet mécanique

Le lavage

Ce traitement courant est employé aussi bien pourles éléments préfabriqués (de l’élément de façade àla petite dalle) que pour le béton coulé en place.Le béton frais est finement lavé à très faible pres-sion ; l’eau enlève la laitance superficielle et met envaleur le granulat.

Le sablage

Le parement durci est attaqué avec un jet de sableprojeté à l’air comprimé. La pression et la durée dela projection entraînent des effets proportionnels, pardécapage plus ou moins accentué des gros granu-lats – qui seront eux-mêmes plus ou moins défor-més et dépolis suivant leur nature.

Le brossage

Ce procédé consiste à enlever à la brosse une finecouche de mortier ou de laitance.

Le grésage

Effectué par abrasion à l’aide de meules, ce procédéaboutit à une uniformisation de la surface en suppri-mant les irrégularités dues aux défauts de coffrage.

Le polissage

Le béton est poli, à l’aide de meules de plus en plusfines, avec mouillage simultané. Les bétons à granu-lats de marbre ou de calcaires durs sont les plusaptes à recevoir ce traitement.La finition « marbrière » nécessite jusqu’à cinq à sixpasses successives, avec lustrage et applicationd’un produit de protection en fin d’opération.

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Variété de traitements de surface.Le béton sablé peut trancher sur un béton brut de décoffrage.www.allislam.net

■ Les traitements chimiques

Ils ont pour objet de rendre les granulats apparents.

La désactivation

L’emploi d’un désactivant, appliqué sur le coffrageavant le coulage du béton, inhibe sa prise en surfa-ce : la peau du béton peut ainsi être enlevée plus oumoins profondément, par lavage au jet d’eau suivid’un brossage. Très précis, ce procédé peut per-mettre un traitement partiel du parement dans deszones choisies.Il existe une gamme très étendue de désactivantsqui permettent d’obtenir des effets de surface variésà partir d’un même béton.

Le décapage à l’acide

Le parement du béton durci est attaqué avec unesolution à base d’acide chlorhydrique ; la profondeurde l’attaque varie en fonction de la durée du traite-ment. Celui-ci doit être suivi d’un lavage à grandeeau pour éviter la neutralisation de la chaux, entraî-nant la dépassivation des armatures et leur corro-sion ; le traitement est réservé aux bétons de masseà base de granulats siliceux.

La prévention des altérations

Comme tous les matériaux, le béton subit les effetsdu vieillissement, mais une analyse de ses causes etdes précautions appropriées peuvent en limiter effi-cacement les effets.

■ Les causes d’altération

Les principales sont :• les salissures d’origine minérale ou organique ;• les déformations d’origine mécanique ou hygro-thermique entraînant des fissurations ;• les attaques physico-chimiques dues à l’eau, à l’airet au gel.Toutes ces causes peuvent, lorsqu’elles ne sont passuffisamment prises en compte, provoquer unedégradation du béton.

■ Les méthodes de prévention

Elles concernent les dispositions architecturales, laqualité des matériaux et la conception de l’ouvrage.

Les dispositions architecturales

Outre la prise en compte de l’environnement localpour l’orientation d’un bâtiment, les dispositionsarchitecturales relatives à la création d’acrotères, debalcons, de larmiers sont essentielles pour éviterl’encrassement et l’apparition de coulures inesthé-tiques.Dans ce domaine, la conception des façades,notamment les intersections de plans, l’inclinaison,les effets de masque, les joints doivent être bien étu-diés pour éviter le ruissellement des eaux selon destrajets préférentiels non prévus intentionnellement.Une répartition uniforme assurera un vieillissementhomogène.

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La qualité des matériaux et de l’ouvrage

Un béton bien réalisé, présentant une faible porosi-té, est plus durable. La diffusion des agents agressifsse trouve empêchée, et leur action ne peut être quesuperficielle.Pour protéger les armatures, il faut veiller, lors de lamise en œuvre, à respecter leur enrobage correctpar le béton (les règlements prévoient un enrobageminimum de 2 à 4 cm selon les conditions d’environ-nement).Les bétons soumis aux risques de gel, surtout ensurfaces horizontales, doivent être réalisés avec unentraîneur d’air, qui crée dans le béton une réparti-tion de bulles d’air, le protégeant efficacement.

Les traitements de protection

Des produits d’imprégnation qui n’affectent pas l’as-pect des bétons apparents diminuent la porosité desurface, améliorent leur résistance à l’hydrolysealcaline, facilitent le ruissellement des eaux en sur-face. Ce sont généralement des hydrofuges à basede résines de silicones, acryliques, stéarates oupolyoléfines. Certains produits colorés teintent lebéton, sans cacher sa nature, par un effet de trans-parence : ce sont les lasures.Les produits « anti-graffitis » facilitent le nettoyagedes façades soumises à ce type d’agressions.

L’entretien

C’est une opération qui doit être considérée commenaturelle.La conservation du bon aspect d’une façade justifiel’entretien du béton au même titre que celui d’autresmatériaux pour lesquels cette intervention est admi-se et effectuée régulièrement.Les techniques de nettoyage usuelles sont les sui-vantes.• Le sablage, surtout en voie humide pour limiter lesnuisances. La technique du sablage a évolué pours’adapter à la nature du béton et préserver sa tex-

ture. A l’origine, certains procédés mal maîtrisésavaient tendance à provoquer des microfissures duparement.• L’emploi de l’eau, de préférence chaude, souspression avec addition de détergents, permet uneaction rapide, sans mouiller de façon excessive lebéton.• La vapeur d’eau limite encore les effets du mouilla-ge tout en agissant efficacement sur les impuretésgrâce à sa vitesse de projection.• L’emploi de produits chimiques mis au point pardes sociétés spécialisées permet de dissoudre lessalissures sans altérer le béton. Un nettoyage à l’eauchaude redonne ensuite au béton son aspect d’ori-gine.L’application d’un hydrofuge après traitement consti-tue une protection plus durable, limitant la fréquenced’intervention.

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Avant et après nettoyage...

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CONSEIL


CONSEIL

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La fabrication en usine de produits en béton permetde rationaliser la production, d’apporter la qualitéd’une fabrication industrielle et de réaliser uneimportante économie de main-d’œuvre sur le chan-tier. La gamme des éléments élaborés en usine esttrès diverse, depuis l’élément standardisé comme lebloc jusqu’à l’élément de structure ou le panneau defaçade multifonctions.Ces produits présentent plusieurs avantages, dont ladisponibilité sur catalogue et leurs possibilités d’as-semblage.

Les éléments de structure

Cette famille est essentiellement constituée par lespoteaux et les poutres destinés aux bâtiments dusecteur tertiaire ou les bureaux, ainsi que par lesossatures industrielles.Par extension, on peut considérer comme apparte-nant à cette famille les éléments de ponts et lespoutres de génie civil.

■ Les procédés poteaux-poutres

L’ossature est constituée de poteaux et de poutresen béton armé ou précontraint, dans lesquels s’insè-rent des voiles et des façades pour lesquels un choixtotal est laissé au concepteur.Les planchers sont généralement constitués d’élé-ments allégés à nervures ou à caissons.

La liberté du choix de l’implantation des poteaux, dela portée des poutres, des décrochements defaçades séduit les concepteurs de bâtiments indus-triels, commerciaux ou scolaires.

Les éléments pour bâtiments industriels

La charpente en béton la plus utilisée pour les bâti-ments industriels est constituée de poteaux et depoutres. Les portées, qui peuvent atteindre 25 à35 mètres, sont obtenues avec des poutres en bétonprécontraint par fils adhérents, à section constanteou variable, selon les taux de charge et la portée.La charpente béton laisse une grande liberté pour lechoix de la couverture et des façades béton : pan-neaux en béton plein, sandwiches ; béton cellulaire,blocs béton, fibres-ciment. Les avantages de la char-pente béton sont la rapidité de montage, l'absenced'entretien, la résistance au feu, à la corrosion et auxagressions chimiques ou phytosanitaires. Laconception est facilitée par les possibilités variées detrames, de hauteurs et d'extensions possibles.

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8.4 Les produits en bétonfabriqués en usine

Structure poteaux, poutres, dalle-plancher, panneaux de façade.

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Une autre technique, employée pour les bâtimentsindustriels et agricoles, consiste en une structureconstituée de portiques ou de fermes en béton

précontraint qui permettent de créer des toitures enpente. Les portées entre poteaux peuvent atteindre10 à 35 mètres.

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Les éléments de façade

Cette famille concerne essentiellement les pan-neaux destinés à l’enveloppe (panneaux de façades,panneaux décoratifs), ainsi que des systèmes deconstruction pouvant associer des voiles verticaux etdes planchers.Les grands panneaux des années 1960-1970 ont étésupplantés par les panneaux à voiles extérieurslibrement dilatables ou par les panneaux nervurés,qui répondent mieux aux exigences d’isolation ther-mique. Les modes de liaison évoluent vers desassemblages mécaniques ou soudés.La fonction esthétique peut être apportée par unparement en béton architectonique (sablé, lavé, poli)difficilement envisageable au niveau d’une réalisa-tion in situ.Les procédés de cette famille font l’objet d’avis tech-niques.La norme NF P 10-210 « DTU 22.1. Travaux de bâti-ment. Murs extérieurs en panneaux préfabriqués de

grandes dimensions du type plaque pleine ou nervu-rée en béton ordinaire. » (mémento pour la concep-tion des ouvrages) fournit les règles de mise enœuvre et les critères que doivent satisfaire ces élé-ments pour permettre aux murs d’assurer les fonc-tions essentielles : stabilité mécanique, étanchéité àl’air et à la pluie, isolation thermique et acoustique,aspect des parements.Parmi les principales familles, on peut citer :• les panneaux en plaque pleine ou nervurée à iso-lation rapportée (extérieure ou intérieure) ;• les panneaux sandwiches à voile extérieur libre-ment dilatable ;• les panneaux sandwiches liés par nervures ouplots ;• les panneaux sandwiches à voile intérieur mince ;• les panneaux en béton léger ou à corps creuxincorporés ;• les petites plaques, porteuses ou non.

Panneaux sandwiches à voile extérieur librement dilatable.L’isolation est incorporée.

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Une autre variété de cette famille est constituée parles panneaux de type coque en fibres-ciment ou enbéton de fibres de verre utilisés en habillage décora-tif. Ces panneaux, légers et de formes variées, sonttrès utilisés en neuf ou en réhabilitation.Le parement constitue pour l’ensemble des pan-neaux de façade un élément important où le bétonpeut exprimer ses possibilités architecturales.La teinte et l’aspect, mis en valeur par les traite-ments de surface et le choix des granulats, offrent devastes possibilités au concepteur. La recherchedécorative et esthétique est parfois la seule fonctionde ce type de panneaux, dits architectoniques, quiconstituent, à l’heure actuelle, un secteur importantde la préfabrication de façades.Les traitements de surface variés (sablé, désactivé,acidé, poli…) sont beaucoup plus simples à réaliseren usine que sur chantier. Il faut enfin souligner quecertains types de panneaux peuvent être démontéspour réemploi.

Les éléments pour maçonnerie

■ Les blocs

Les blocs courants

Ces blocs, aux dimensions et aux caractéristiquesnormalisées, se sont imposés dans la constructiondes murs des maisons individuelles et le quart deceux des logements collectifs.Les raisons de ce développement sont l’assuranced’une qualité, tant au niveau des produits (conformi-té aux normes NF et aux normes européennes) qu’àla mise en œuvre dont les règles font l’objet de lanorme NF P 10-203 « DTU 20.12. Maçonnerie destoitures et d’étanchéité. Gros œuvre en maçonneriedes toitures destinées à recevoir un revêtement d’étanchéité. Référence commerciale des parties 1/2 ».Les principales caractéristiques de ces blocs sont :• leur type : blocs pleins ou blocs creux comportantdes alvéoles verticaux ;• des dimensions constantes pour la hauteur (20 ou25 cm) et la longueur (40 ou 50 cm), mais avec unelarge plage d’épaisseurs allant de 5 à 32,5 cm ;• des granulats courants ou légers (laitier, argileexpansée) ;• des classes de résistance garantie en compressiondéfinies par la contrainte de rupture du bloc rappor-tée à sa section brute :B40 – B60 – B80 (résistance en bars = 0,1 MPa)pour les blocs creux en béton lourd,B80 – B120 – B160 pour les blocs pleins en bétonlourd,L25 – L40 pour les blocs creux en béton léger,L45 – L70 pour les blocs pleins en béton léger.

Les blocs isolants

La recherche de l’isolation thermique a conduit àdévelopper deux familles de produits.• Les blocs constitués d’un béton à conductivité ther-mique plus faible que le béton usuel ; pour parvenirà ce résultat, on utilise soit des bétons de granulatslégers, soit des bétons cellulaires autoclavés.Ces blocs présentent l’avantage d’atteindre lesniveaux requis par la réglementation thermique pourdes épaisseurs de l’ordre de 30 cm, tout en présen-

tant une résistance mécanique suffisante pour leurconférer un caractère porteur.• Les blocs à isolation intégrée : le caractère isolantest apporté par un isolant rigide (polystyrène expan-sé, mousse de polyuréthane) qui relie deux blocsdont l’un assure la fonction porteuse.

Les blocs à bancher

Ils comportent un ou deux alvéoles verticaux degrandes dimensions, destinés à être emplis de bétonaprès le montage de la maçonnerie sur une hauteurcorrespondant à un étage.Le coffrage est, en quelque sorte, assuré par lesparois des blocs. Des armatures peuvent être dispo-sées dans les alvéoles pour augmenter la résistan-ce, permettant ainsi la réalisation de plusieursniveaux porteurs en murs extérieurs ou en refends.L’emploi d’un béton allégé ou d’un isolant permetd’assurer partiellement ou en totalité l’isolation ther-mique du mur.

Les blocs de parement

La qualité du parement de ces blocs permet deconserver la face extérieure apparente, sans utiliserde revêtement ou d’enduit.De nombreuses possibilités esthétiques existent :béton coloré, granulats apparents, cannelures.Ces blocs sont souvent porteurs et peuvent parfoisêtre organisés en blocs à bancher (cas fréquent auxUSA).La précision dimensionnelle du bloc a une très gran-de importance dans l’impression d’ensemble. Pardéfinition sans enduit extérieur, le bloc doit assurerl’étanchéité à l’eau et à l’air. Le montage doit êtretrès soigné car les joints laissés apparents assurentnon seulement l’esthétique, mais aussi l’étanchéité.Certains blocs, qui requièrent alors une grande pré-cision dimensionnelle, sont conçus pour être montéssans joint, uniquement par emboîtements méca-niques (montage dit « à sec »).

Les éléments pour planchers

■ Les poutrelles et les entrevous pour planchers

Les poutrelles sont des composants en béton arméou précontraint, de faible section, qui constituent lastructure du plancher.Entre les poutrelles, et s’appuyant sur elles, sont dis-posés des éléments intercalaires, les entrevous(encore appelés corps creux, hourdis ou voûtains)

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qui remplissent une ou plusieurs fonctions : porteurs,isolants, éléments de coffrage pour la dalle de com-pression coulée en partie supérieure.Ce type de plancher est bien adapté à la maisonindividuelle, du fait du faible poids de ses compo-sants aisés à manipuler. Les poutrelles sont utili-sables pour des configurations variées et des por-tées moyennes de 6 mètres. Associées à des entre-vous isolants, elles permettent de réaliser des plan-chers isolants sur sous-sol, sur vide sanitaire ousous comble.

■ Les autres éléments pour planchers

Les éléments de planchers de grandes dimensionssous forme de dalles pleines, très répandus au débutde l’industrialisation du bâtiment, se sont trouvésrapidement concurrencés par les procédés faisantappel à un bétonnage sur le chantier (tables cof-frantes, banches et tables, ou coffrages tunnels), oupar des éléments moins encombrants (poutrelles ethourdis). A côté des dalles pleines et des dallessandwiches, deux procédés prévalent : les prédalleset les dalles alvéolées.

Les prédalles

Elles sont conçues pour servir de coffrage à la dallede béton coulée en œuvre par-dessus.Cette conception permet de ne transporter qu'unedalle d'épaisseur restreinte (de 5 à 12 cm).Les prédalles sont livrées en 2,40 ou 2,50 m delargeur, dans des longueurs pouvant atteindre 8 à 10mètres. Elles sont soit en béton armé avec ou sansraidisseurs, soit en béton précontraint.Les prescrip-tions de fabrication et de mise en œuvre des diffé-rents types de prédalles font l'objet du cahier desprescriptions techniques : CPT Planchers –Titre II« Dalles pleines confectionnées à partir de prédallespréfabriquées et de béton coulé en œuvre ».Les prédalles trouvent un vaste domaine d'utilisationdans les bâtiments résidentiels, non résidentiels etparkings.

Les dalles alvéolées

Bien que connues depuis plus de vingt-cinq ans, lesdalles alvéolées ne se développent en France quedepuis peu de temps.Les principaux avantages de ce procédé sont la rapi-dité de mise en œuvre (suppression d’étaiement), lapossibilité d’utilisation immédiate du plancher et legain de poids (la dalle de 32 cm d’épaisseur pèse360 à 400 kg/m2 selon les modèles et permet uneportée de 15 à 17 mètres).Les dalles en béton précontraint par fils adhérentsprésentent des alvéoles longitudinaux de nombre etde section déterminés par le choix de la filière d’ex-trusion. Les dalles actuellement fabriquées ont unelargeur de 1,20 m, une épaisseur de 16 à 40 cm, etune longueur pouvant atteindre 15 mètres.Les dalles alvéolées sont utilisables pour tous typesde bâtiments, et plus spécialement pour la réalisa-tion de planchers de longues portées, permettantd’obtenir des plateaux libres de grande surface : bâti-ments industriels, locaux scolaires, bureaux, locauxcommerciaux, parkings, bâtiments sportifs. Lesdalles alvéolées sont également très utilisées pourles planchers dont l’étaiement est difficilement réali-sable.

Les éléments de couverture

■ Couvertures réaliséesavec des composants en béton

Les couvertures peuvent être réalisées à partir decomposants autoporteurs en béton armé ou précon-traint dont les performances mécaniques permettentde s'affranchir du réseau de pannes. Ces compo-sants peuvent être soit des éléments courants deplancher tels que des dalles alvéolées, des élémentsnervurés, soit des éléments spécifiques permettantune conception architecturale originale de la toiture.C'est le cas, par exemple, des composants nervurésde hauteur variable, des coques, des éléments ché-neaux, des sheds… Ces divers éléments peuvent enoutre comporter l'isolation et l'étanchéité intégrées.

Les tuiles en béton

Leurs principaux avantages résident dans :• l'esthétique,• la facilité de la pose,• la durabilité et la robustesse,• l'aspect économique.

Couvertures en béton cellulaire

Elles sont réalisées à partir de panneaux en bétoncellulaire armé de largeur courante égale à 0,60 m.Ces panneaux reposent sur les éléments porteurs(pannes ou poutres) sur lesquels ils sont clavetés.

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Mise en place de dalles alvéolées.

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Les produits en béton fabriqués en usine, bien que standardisés, se prêtent également aux formes compliquées.

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■ Les éléments de fibres-ciment

Les nouvelles générations de fibres-ciment se prê-tent à la réalisation de plaques de faible épaisseur,de formes variées et pouvant être teintées : plaquesplanes ou ondulées, pour bardages et couvertures,ardoises de grandes dimensions, plaques supportsde tuiles.Elles apportent leur résistance mécanique, notam-ment à la flexion, une faible conductivité thermique,la résistance au gel, et aux agents chimiques.Faciles à poser et économiques, les couvertures enéléments de fibres-ciment trouvent des utilisationsnombreuses en bâtiments industriels, agricoles,sportifs.

Autres éléments

■ Les éléments de voirie et de mobilierurbain

De nombreux éléments en béton se sont développésdans ce secteur où ils apportent une double répon-se fonctionnelle (robustesse, résistance aux dégra-dations) et esthétique. La variété des formes, destextures et des couleurs des éléments béton facilitel’intégration aux sites les plus exigeants. Parmi lesmultiples produits utilisés, il faut citer les pavés, lesdalles, les bordures, les caniveaux, les éléments designalisation, le mobilier urbain (bancs, vasques,etc.).

■ Les tuyaux et les accessoires pour réseaux d’assainissement

Les canalisations d’assainissement constituent unmarché dans lequel les exigences de qualité rigou-reuses, qui conditionnent le bon fonctionnement desréseaux, ont favorisé le développement des tuyauxen béton.Les résistances mécaniques, la tenue aux agentsagressifs, l’étanchéité et la durabilité sont contrôléesde manière rigoureuse, ces produits faisant l’objet decertification.La forme des tuyaux (circulaire ou ovoïde), lescaractéristiques du béton, les diamètres pouvantatteindre 3,50 m, les accessoires très complexes(regards, branchements, dérivations, buses) permet-tent de réaliser tous les types de réseaux d’assainis-sement.

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Tuyaux d’assainissement et boîtes de dérivation.

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Une des règles fondamentales de la sécurité incen-die consiste à préserver la vie humaine en favori-sant l’évacuation des personnes. Pour permettrecela dans les meilleures conditions et préserver aumaximum l’ouvrage, il faut adopter des dispositionsconstructives destinées à limiter la propagation dufeu. Dans l’éventail des solutions les murs sépa-ratifs coupe-feu en béton apparaissent commeune évidence, car ils constituent de véritablesbarrières infranchissables aux flammes et aux gaz.

Comportement au feu des ouvrages

■ Résistance et réaction

La connaissance du potentiel calorifique et du com-portement au feu des matériaux et éléments deconstruction permet d'élaborer une protection contrele feu. Le comportement au feu des ouvrages et dubéton est développé au chapitre 9 paragraphe 9.3du recueil des fiches techniques Cimbéton.

■ Règles générales

En France, le code de la construction et de l’habita-tion (CCH article R 121-1 à 121-13) fixe les critèresque doivent respecter les matériaux et les élémentsde construction du point de vue de leur comporte-ment au feu. La résistance et la réaction au feu sontdéfinies selon deux arrêtés du Ministère de l’Inté-rieur (03/08/99 et 30/06/83). Les murs coupe-feufont appel à la notion de résistance au feu relativeaux éléments de construction. Les éléments deconstruction sont classés par les laboratoires offi-ciels (CSTB, etc.). Ce classement est effectué enfonction des durées pendant lesquelles les éléments

soumis aux conditions d’essais satisfont aux critèresrequis (arrêté du 3 août 1999 relatif à la résistanceau feu des produits, éléments de constructions etouvrages). La détermination du degré de résistanceau feu peut également être effectuée par le calculsur la base des règles données par la norme P 92-701 (DTU feu béton) et l’Eurocode 2 DAN par-tie 1-2 (depuis juillet 1997).

■ Règles propres aux bâtimentsindustriels et entrepôts

En plus des règles générales, les bâtiments indus-triels et entrepôts sont soumis au respect des dispo-sitions du code du travail, de la réglementation surles installations classées (rubrique 1510) et de laréglementation relative aux établissements recevantdu public (ERP) de type M. Ainsi, le code du travailimpose que les bâtiments assujettis soient séparésdes tiers contigus par des murs de degrés coupe-feu 1 heure au minimum, de 2 heures pour les par-kings, de 3 heures pour les ERP, les ICPE, les parkings de plus de 250 véhicules contigus à unIGH ou une ICPE, de 4 heures pour un IGH.Pour les constructions entrant dans le champ d’ap-plication de la réglementation relative aux ERP,magasins de type M, les réserves des magasinsdoivent être séparées des locaux de vente par desmurs de degré coupe-feu 2 heures. Dans le cas des bâtiments soumis à la réglementation des installations classées (ICPE), l’implantation de l’édifice conditionne le degré de résistance au feudes murs de façade l’isolant d’un tiers. Ainsi, un bâtiment accolé à un tiers doit avoir un mur dedegré coupe-feu 4 heures. Les compartiments sont séparés par des murs de degré coupe-feu 2 heures.

8.5 Les murs coupe-feu en béton

bâtiments d’activité de commerce et de stockage

Entrepôt de stockage de matières plastiques dans l’Ain. Un mur séparatif coupe-feu aurait permis l’arrêt de la propagation du feu.

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■ Apport du béton à l’efficacité du murcoupe-feu

La nécessité des murs coupe-feu est une évidence.Leur présence permet de lutter contre la propaga-tion et le développement de l’incendie. Du fait deses performances, le béton est un matériau qui pré-sente toutes les qualités pour réaliser des murscoupe-feu efficaces répondant aux exigences desréglementations en vigueur applicables aux bâti-ments industriels et entrepôts. Le béton est unmatériau pérenne et sûr. Sa résistance au feu estparticulièrement bonne.Pendant un incendie, la ruine brutale d’un bâtimentpeut provoquer des accidents lors de l’évacuationdes personnels ou de l’intervention des sauveteurs.La présence de murs coupe-feu en béton et d’unestructure en béton permet aux services de secoursd’effectuer les opérations de lutte en toute sécuritésans craindre d’effondrement. De plus comme dansce cas, l’incendie ne peut pas provoquer l’effondre-ment de l’ouvrage et sa ruine brutale, la responsabi-lité pénale du chef d’entreprise ne peut pas êtreinvoquée et engagée. Les murs coupe-feu en bétoncomme les structures en béton sont dans la majoritédes cas facilement réparables après un incendie, cequi favorise la remise en service du bâtiment et lareprise de l’activité dans les meilleurs délais. Au regarddes assurances, l’emploi du béton permet d’obtenirdes réductions des primes d’assurance du fait deson caractère coupe-feu naturel. Ainsi par exemple,les murs coupe-feu en béton répondent sans aucunedifficulté aux règles de l’APSAD (R15) en la matière.

Règles constructives relativesaux murs coupe-feu en béton

Règles générales

Les murs coupe-feu doivent respecter les règles decalcul des structures en béton énoncées dans lefascicule 62 du BAEL BPEL 91 – Eurocode 2, lanorme P 92-701 (DTU feu béton) et le DAN de l’EC2.L’action du vent est prise en compte dans les calculsau feu, le mur séparant deux compartiments doit eneffet rester mécaniquement stable. La structure doitêtre conçue de façon à ce que l’effondrement d’unedes parties du bâtiment séparées par le mur coupe-feu n’entraîne pas la ruine du dit mur et la propaga-tion du feu vers un autre compartiment. Les poteauxde structure en béton présentent un degré de stabi-lité au feu de 4 heures ou 2 heures selon le besoin.Dans le cas d’un mur séparatif coupe-feu réalisé àpartir d’un remplissage entre poteaux en béton, leséléments de remplissage doivent être des panneauxpréfabriqués en béton, des panneaux préfabriquésen béton cellulaire, des blocs de béton. Les joints dedilatation sont obligatoirement constitués de pro-duits ignifuges. De façon générale, le mur séparatifcoupe-feu doit dépasser de 50 cm au minimum surles côtés du bâtiment. Son degré de résistance aufeu (poteaux et mur) est de 4 heures.

Règles complémentaires propres aux assurancesL’APSAD (Assemblée plénière des sociétés d’assu-rance dommage) distingue les installations à risquesséparés par des dispositions constructives permet-tant de s’opposer au feu et préservant ainsi lesbiens et l’outil économique. L’APSAD définit donc unensemble de règles de construction dont le respectpermet de bénéficier de réductions de primes. Larègle de construction R 15 de l’APSAD porte sur lesmurs séparatifs coupe-feu.

Dans le cadre de cette règle, la définition des mursséparatifs coupe-feu précise que ce sont desouvrages destinés à séparer deux bâtiment ou deuxparties d’une même construction, de telle sorte quetout incendie se déclarant d’un côté du mur sépara-tif coupe-feu ne puisse pas se propager de l’autrecôté. Et un mur séparatif coupe-feu doit pouvoirassumer sa fonction en se suffisant à lui-même.

200

0,7 m

7 m 7 m

MSCF

0,7 m

≥ 7 m

h H

H – h ≤ 15 m

MSCF

20 cm

125

cm50

cm

50 cmLa hauteur totale est de 175 cm

Panne

Poutre coupe-feu permettant le respect de la règle R 15 et du dépassement en toiture

0,7 m

MSCF

0,7 m

≥ 15 m

h H

H – h > 15 m

MSCF

Poutre cimaise.

Mur séparatif coupe-feu (MSCF) selon la règle R15 – dépassement entoiture.

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Pour répondre aux exigences de l’APSAD par rap-port à son comportement au feu, un mur séparatifcoupe-feu doit être construit avec des matériauxclassés incombustibles (M0) selon les norme habi-tuelles et présenter un degré coupe-feu d’au moins4 heures quelle que soit la face du mur exposée aufeu. A cela s’ajoute l’obligation de respecter les dis-positions constructives relatives aux élancementsentre chaînages horizontaux des matériaux (infé-rieur ou égal à 35). Les murs en béton sont soumisau respect de la norme P 92-701 (DTU feu béton).De plus, les murs séparatifs coupe-feu doivent d’unepart résister mécaniquement aux chocs ainsi qu’àl’action de l’eau des lances d’incendie et d’autre partprendre en compte l’action du vent en cas d’effon-drement d’un compartiment suite à un incendie.Du point de vue de sa configuration, les règlesconstructives de l’APSAD précisent que le murséparatif coupe-feu est vertical de la base au faîte etnon porteur (donc autostable), à l’exception de dis-positions particulières (corbeaux, appuis glissants,respect des dilatations, etc.). Le mur doit obligatoire-ment dépasser de la toiture d’au moins 0,70 m etdéborder sur les côtés de 0,50 m par rapport au nuextérieur de la façade.

Dans le cas où des passages de communicationsont présents dans un mur séparatif coupe-feu, lesouvertures doivent être équipées de portes doublescoupe-feu 1 h 30 et pare flammes 2 h selon la règleR 16 de l’APSAD. Les câbles électriques et lescanalisations doivent impérativement passer sous lemur séparatif coupe-feu. Le passage de conduits deventilation ou de climatisation à travers un murséparatif coupe-feu n’est pas admis. Le passage deconvoyeurs ou de bandes transporteuses doit fairel’objet d’une étude spécifique.

Exemples de solutions techniques

Le béton et les composants en béton offrent unlarge éventail de solutions techniques performanteset économiques pour réaliser des murs séparatifscoupe-feu. Parmi les solutions les plus souvent utili-sées pour les bâtiments d’industries et de com-merce on peut citer :

■ Les murs séparatifs coupe-feuen blocs de béton traditionnel

Dans ce type de solution technique, le mur séparatifcoupe-feu peut être constitué d’une maçonnerie por-teuse ou autoporteuse (remplissage), associée ounon à la structure. Lorsqu’il s’agit par exemple d’unpanneau de remplissage inséré entre poteaux etpoutres, la maçonnerie doit être montée sur banderésiliente afin de permettre sa libre dilatation.Le dimensionnement et la mise en œuvre des élé-ments constitutifs du mur se font conformément auxrègles de la norme P 10-202 (DTU 20.1). L’élance-ment géométrique des maçonneries (hauteur/épais-seur) est en général limité à 20 (30 dans le cas d’unmur de remplissage, avec une hauteur ne pouvantdépasser 4,5 m).

Chaînages

Pour les murs porteurs, un chaînage horizontalcontinu en béton armé doit ceinturer la constructionà chaque plancher ainsi qu’en couronnement. Il doitégalement relier les façades aux refends. La pré-sence d’un chaînage vertical est obligatoire àchaque angle de maçonnerie, dans la hauteur dudernier étage, quand le dernier plancher est enbéton armé ou précontraint.En ce qui concerne les murs de remplissage, la fonc-tion de chaînage est normalement assurée par l’os-sature.

Tenue au feu des blocs de béton

Le tableau de la page suivante donne, pour desmaçonneries non enduites, les différents degrés derésistance au feu des blocs de béton en fonction deleur type et de leurs dimensions. Ces durées sontdéterminées expérimentalement lors d’essais effec-tués par la station feu du CSTB, selon les disposi-tions de l’arrêté du 3 août 1999. Le CERIB estdétenteur des procès-verbaux de ces essais.

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feutre résilient

Chaînage et poutre d’assise limité en déformation

Transfert de charge sur maçonnerie selon déformation du feutre

20 à 30 mselon région

4,5

m4,

5 m

Respect de l’élancement mécanique des murs.

Exemple de porte coupe-feu.

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202

Joints de dilatation

Des joints de dilatation et de retrait sont néces-saires dans les maçonneries de grande surface.Lorsqu’il s’agit de murs porteurs, la distance entredeux joints successifs, ou entre l’extrémité du bâti-ment et le premier joint est la suivante :– 20 m dans les régions sèches ou à forte opposi-

tion de température ;– 35 m dans les régions humides et tempérées.Dans les cas d’un mur constitué en maçonnerie deremplissage, la distance va de :– 20 à 35 m dans les régions sèches ou à forte

opposition de température ;– 30 à 35 m dans les régions humides et tempé-

rées.Selon la résistance de la toiture, des joints « diapa-son » doivent être mis en œuvre entre deux jointsde dilatation.

Dimensionsdes blocs

Type de bloc N° du PVd’essai

Référencede reconduction

Date limitede validité

Degré CF

Degré PF

Classede résistance

UtilisationDegré SF

10 x 20 x 50 plein CSTB92.33345

SF.DE.97.0477 12/05/2002 1H30 6H B80

cloison

–

10 x 20 x 50 creux CSTB RS 99.050 – 20/06/2004 1/2 H 1H B40–

20 x 20 x 40 plein CSTB93.35280

SF.DE.98.0208 20/10/2003 6H 6H B160

mur porteur

6H

15 x 20 x 50 perforé CSTB86.24014

SF.TE.97.0275 5/03/2002 3H 6H B806H

17,5 x 20 x 50 perforé CSTB86.24013

SF.TE.97.0274 23/03/2002 4H 6H B806H

20 x 25 x 50 perforé CSTB90.30453

SF.TE.95.948 29/11/2000 3H 6H B806H

20 x 20 x 50 perforé CSTB97.023

– 06/2002 6H 6H B1206H

15 x 20 x 50Creux

1 rangéed’alvéoles

CSTB85.2276 SF.TE.96.0240 25/02/2001 1H30 3H B404H

15 x 20 x 50Creux

2 rangéesd’alvéoles

CSTB85.22030 SF.TE.95.421 7/05/2000 2H 6H B406H

20 x 20 x 50Creux

2 rangéesd’alvéoles

CSTB85.22031 SF.TE.95.560 19/06/2000 3H 6H B406H

20 x 20 x 50Creux

àemboîtement (1)

CSTB91.31532

SF.TE.96.0849 14/08/2001 2H 6H B406H

1. Avec joint vertical central rempli.

Remarque sur la réaction au feu : les matériaux « béton et mortiers de ciments et de chaux » sont classés a priori, sans essai, MO.

LA TENUE AU FEU DES BLOCS APRÈS ESSAIS

joint dedilatation

joint dedilatation

joint diapason

voir détail

planchers intermédiaires

20 m maximun

joint de diltation coupe-feu

joint coupe-feu

profilé extérieurde finition

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■ Les murs séparatifs coupe-feuen blocs de béton cellulaire

Les blocs utilisés présentent une longueur de62,5 cm, une hauteur de 25 cm et leur épaisseurpeut varier de 15 à 37,5 cm. Ce type de mur peutêtre autoporteur (remplissage) ou porteur. Enmatière de résistance au feu il est coupe-feu 4 h.

Principe de dimensionnement

Pour les murs autoporteurs (remplissage) lesdimensions varient suivant la position (mur intérieurou mur extérieur), les dispositions d’appuis, l’effortdu vent appliqué sur le mur.Ainsi par exemple un mur intérieur avec des chaî-nages et raidisseurs, soumis à une pression du ventégale à 0,3 kN/m2 aura les dimensions suivantes :Hauteur : < 25 fois l’épaisseur des blocsLongueur : < 40 fois l’épaisseur des blocs

Pour les murs porteurs – norme P 10-202 (DTU20.1) – le principe de dimensionnement est le sui-vant :Hauteur : < 15 fois l’épaisseur des blocsLongueur droite maximale des murs : < 40 foisl’épaisseur des blocsContrainte de compression : < 0,35 MPa

■ Les murs séparatifs coupe-feu constitués de poteaux béton et panneauxen blocs de béton cellulaire armé

A titre d’exemple, un mur de ce type constitué depoteaux en béton de 45 × 45 cm et de panneaux de 600 × 60 × 15 cm (posé devant ou entre lespoteaux) présente un degré coupe-feu de 4 heures.Il faut aussi noter que le PV du CSTB n° 87-25851en date du 11/07/95 précise : « qu’un mur expéri-mental en éléments de béton cellulaire armé de 15 cm d’épaisseur présentant une masse volumiquenominale de 450 kg/m3, monté à joints souples,détermine un degré coupe-feu de 4 heures ».En fonction de l’épaisseur du mur la hauteur limitedu mur est :

Épaisseur du mur 15 cm - H = 17 mÉpaisseur du mur 20 cm - H = 22 mÉpaisseur du mur 25 cm - H = 28 m

■ Les murs séparatifs coupe-feuen éléments préfabriqués en béton

Ces murs sont constitués avec des panneaux pré-fabriqués en béton armé ou précontraints qui peu-vent être associé ou non à une structure poteaux-poutres en béton. Les éléments de parois les pluscouramment utilisés sont les panneaux pleins, les panneaux nervurés, les panneaux sandwich. Ilspeuvent être porteurs, autoporteurs, portés par la

203

blocs béton cellulaire pose entre ossature béton armé

Laine minérale

Bloc de chaînage

Ossature en béton armé

Blocs

Mortier ciment

6,00 m

maximum

Variante entre poteau béton armé

Joint feu entre chaque panneau

Ossatureen béton

75 cm

Pose devantpoteau béton

Longrine béton

Encadrement

Encadrementbéton

Mur coupe-feu en blocs de béton cellulaire.

Bâtiment de stockage, mur coupe-feu 4 heures.

Entrepôts EPI, mur coupe-feu 4 heures.Mur séparatif coupe-feu en panneaux de béton cellulaire entre poteauxbéton. Les ouvertures sont équipées de portes coupe-feu (règles R 16).

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structure ou suspendus à la structure. Les panneauxsont assemblés entre eux et à la structure par jointsde mortier continus, liaisons bétonnées ponctuellesou continues avec ou sans armatures en attente,liaisons mécaniques boulonnées, brochées ou sou-dées. Dans le cas de liaisons ponctuelles, des jointscoupe-feu doivent être installés entre chaque élé-ment. Les caractéristiques et la mise en œuvre deséléments en béton préfabriqué sont définies dans lanorme P 10-210 (DTU 22.1) et les prescriptionstechniques des procédés de murs ou de gros-œuvre. Le guide CIMBÉTON « Architecture :construire en béton préfabriqué » (référence B 62)fournit un ensemble d’informations sur l’emploi dece type d’éléments.En première approximation, le degré coupe-feu d’unmur composé avec des panneaux pleins préfabri-qués en béton peut se déduire des règles simpli-fiées, issues de la norme P 92-701 (DTU feu béton),exprimées dans le tableau suivant. Ces règlesconcernent des murs dont l’élancement mécaniqueest au plus égal à 50 et sont valables pour un murexposé au feu sur un ou deux côtés.

La tenue au feu de murs à base de panneaux sand-wiches nécessite une étude thermique particulièrepermettant de déterminer la répartition des tempé-ratures à l’intérieur de l’élément. Leur degré coupe-feu varie d’une demi-heure à 2 heures.

■ Autres types de murs séparatifscoupe-feu en béton

Murs séparatifs coupe-feu en béton coulé en placeLe béton coulé en place peut tout à fait être utilisépour réaliser des murs séparatifs coupe-feu. La miseen œuvre de ces ouvrages doit répondre aux règleset au code de calcul les concernant (DTU 23.1, lanorme P 92-701 (DTU feu béton), fascicule 62 duCCTG).

Murs séparatifs coupe-feu constituésde panneaux verticaux en dalles alvéoléesen béton précontraint.

Les panneaux en dalles alvéolées précontraintespeuvent permettre de réaliser des murs séparatifscoupe-feu. Il faut pour cela adapter l’épaisseur d’en-robage des câbles de précontrainte en fonction dudegré coupe-feu requis. Des joints coupe-feu doi-vent obligatoirement être mis en œuvre entrechaque panneau.

DegréCF 1/2 h 1 h 1 h 30 2 h 3 h 4 h

Murs Épaisseurporteurs cm 10 11 12 15 20 25

Mursnon Épaisseur

porteurs cm 6 7 9 11 15 17,5

Entrepôts CGM, façades à basede murs en dalle alvéolées.

Panneaux sandwiches à voiles solidaires.

Panneau coupe-feu de façade pour bâtiment industriel.

Laboratoire UPSA, les façades sont coupe-feu 2 heures.

Panneaux sandwiches à voile extérieur librement dilatable.

Ancre delevage

Isolant4 à 10 cm

rail defixation

10 cmminimum

6 cmminimum

intérieurextérieur

Longueurmaximum : 6 m

Épingle de liaisonLinteau30 cm mini.Trumeau

30 cm mini.

7 m maximum

Allège 10 cm mini.

Hauteurd'étage

ancrage

Hauteur :14 mmaximum

Largeur : 2,5 m

Voile extérieurlibrement dilatable

Voile de béton intérieur

Ancrageinox

Non porteur :9 cm minimum

porteur :12 cm minimum

7 cmminimum

Isolant4 à 10 cm

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CONSEIL


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L’amélioration du cadre de vie et son intégration àl’environnement se sont traduits, pour les solsurbains ou domestiques, par une évolution aussibien esthétique que fonctionnelle.Le sol n’est plus seulement une surface banalisée sur laquelle on marche ou on roule, c’est aujourd’huiun espace qui doit être beau par son aspect et sa couleur, tout en assurant durabilité et sécurité. Lebéton coulé en place, ou manufacturé sous forme depavés et de dalles, constitue une solution idéale –par la variété de ses possibilités décoratives, tech-niques et économiques – pour la réalisation de solstrès divers, allant du simple aménagement d’un jardinou d’une terrasse à de vastes réalisations urbaines.Bien que ce chapitre concerne essentiellement dessols piétonniers, il ne faut pas perdre de vue que,dans leur conception, ceux-ci sont cependant sou-vent appelés à supporter un certain trafic lié aux véhi-cules de service ou d’intervention. En outre, de nom-breux espaces ont une double vocation piétonne etaccès aux véhicules : voies de lotissement, allées etplaces en centre urbain, marchés, parkings, entréesde garages. A toutes les exigences de ces besoinsvariés, le béton apporte une réponse adaptée.

Les sols extérieurs

C’est le domaine d’application des sols béton le plusimportant, constitué, pour les sols essentiellementpiétonniers, par les pavés et les dalles.L’Allemagne, qui est l’un des plus gros utilisateurs deces techniques, en réalise plus de 80 millions de m2

par an ; la France, bien qu’en progression, est encoretrès loin de ces résultats (environ 15 millions de m2

par an).

■ Les pavés

Les pavés en béton sont des produits industrielsdéfinis par la norme NF P 98-303. Ils font l’objet dela certification, marque NF « Pavés en béton ».Les pavés sont constitués, soit seulement d’un bétonde masse, soit d’un béton de masse complété par unbéton de parement côté face vue.

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8.6 Le béton dans les solsextérieurs et intérieurs

Ci-dessus : l’esthétique des villes dépend de l’aspect des sols.www.allislam.net

Types de pavés

On distingue trois types de pavés.• Les pavés classiques de section carrée, rectangu-laire ou hexagonale, généralement comprise entre100 et 200 cm2.• Les pavés autobloquants à emboîtement : ils sontde forme telle qu’après mise en place, il y ait liaisonhorizontale, dans une ou plusieurs directions, entreles éléments du dallage ainsi constitué.• Les pavés autobloquants à emboîtement et épau-lement : ils sont de forme telle qu’après mise enplace, il y ait liaison horizontale et verticale entre leséléments du dallage ainsi constitué.Rappelons que l’autoblocage est plus efficacelorsque l’appareillage des pavés présente des lignesdiscontinues de joints courts. Toute ligne de jointsdroite continue dans le sens de la circulation est àéviter.

Caractéristiques géométriques

Les pavés classiques usuels ont des sections carrées(10 x 10 ou 12 x 12 cm) ou rectangulaires (10 x 20 ou 12 x 24 cm). Pour les premiers, l’épaisseur est de 5 à 6 cm ; elle est de 6 à 7 cm pour les seconds.Les pavés autobloquants ont généralement uneforme s’inscrivant dans un rectangle dont la longueur est sensiblement le double de la largeur(22 x 11 ou 25 x 12,5 cm) ; leur épaisseur est comprise entre 6 et 10 cm.

Aspect et couleur

L’aspect de surface peut être lisse ou rugueux. Lespavés sont bruts de démoulage ou à gravillons appa-rents. L’emploi d’oxydes métalliques permet d’obtenirune gamme étendue de colorations, du gris au rougeen passant par les bleus ou les verts. La variété desaspects et des colorations, complétée par les diffé-rents appareillages – en rangées, en arcs, endamier, en chevrons ou en parquets – offrent d’infi-nies possibilités décoratives s’intégrant aux sites lesplus variés.

Spécifications

La norme NF P 98-303 fixe les spécifications concer-nant les caractéristiques géométriques, physiques etmécaniques. Outre les limites de tolérances dimen-sionnelles, très importantes pour la garantie d’unbon raccordement des pavés entre eux, la normeimpose une limitation de la perméabilité, un critèred’ingélivité et des seuils de résistance à l’abrasion età la rupture par fendage.

Mise en œuvre

Pour les zones piétonnières ou faiblement circulées,les charges sont faibles et ne nécessitent qu’unestructure légère pour supporter les pavés.Lorsque le terrain support est de bonne qualité etinsensible à l’eau, il suffit, après terrassement, de lecompacter et de poser les pavés sur un lit de sablede 3 à 4 cm d’épaisseur.

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Différents types de pose.

Pose de pavés sur un terrain porteur. Pose de pavés sur un terrain faiblement porteur.

Exemple de pavés à emboîtement et épaulement.

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Lorsque le terrain présente des caractéristiques deportance insuffisante (limon, argiles-plastiques), onréalise une couche de fondation en graves naturellesou en graves-ciment de 8 à 10 cm pour les voies pié-tonnes, d’environ 15 cm lorsque la voie peut êtreempruntée par des véhicules. Les pavés sont ensui-te posés, comme précédemment, sur un lit de sablede 3 à 4 cm.Les pavés sont posés soit à l’aide d’un matérielmécanisé, soit manuellement lorsque l’appareillageretenu impose des mélanges de teintes – oulorsque la surface à mettre en œuvre est faible.Après bourrage au sable des joints, d’une largeurlimitée, le pavage est damé ou compacté, surtoutlorsqu’il s’agit de chaussées supportant un certaintrafic.La surface pavée doit être butée en rives pour éviterles désordres dus aux efforts horizontaux. Cesbutées (pièces de rives, béton coulé en place, bor-dures de trottoirs) doivent être d’autant plus solide-ment ancrées que les efforts supportés par la chaus-sée sont plus importants.

■ Les dalles en béton

Les dalles se différencient des pavés par leursdimensions, qui en font plutôt des produits plansd’épaisseur faible par rapport à leur surface.Les dalles sont davantage sollicitées en flexion queles pavés ; elles sont surtout utilisées pour les voiespiétonnes non circulées (ou très faiblement) et lesaménagements d’espaces verts, de loisirs ou spor-tifs.Les gammes de dalles élaborées par les produc-teurs, par leur diversité de formes, de traitement desurface et de coloris, offrent des possibilités illimi-tées en matière d’aménagement de sols et d’inté-gration à des sites variés.

Types de dalles

Réalisées en béton pressé ou coulé selon les fabri-cations, les dalles comportent soit un béton demasse, soit un béton de masse revêtu, sur la facevue, d’un béton de parement, ou d’un revêtementsouple lorsqu’elles sont destinées à des aires dejeux ou de sports. Des dalles comportant des plots,destinées aux parkings, permettent un engazonne-ment entre les plots (dalles-gazon) pour la réalisa-tion d’espaces verts, tout en assurant un drainageefficace.

Caractéristiques géométriques

Les dalles les plus courantes sont de section carrée(30 x 30, 40 x 40 ou 50 x 50 cm) ou rectangulaires(rapport longueur/largeur voisin de 2, une desdimensions étant de 30, 40 ou 50 cm).L’épaisseur des dalles est très variable, à partir de3 cm, mais avec un minimum de 5 cm pour les dallesappelées à supporter un passage de véhicules.

Aspect et coloration

Les dalles présentent des aspects très variés, unisou avec motifs. Les granulats peuvent être rendusapparents par les techniques habituelles de grésa-ge, sablage ou désactivation. La coloration du bétonest obtenue par le choix des granulats eux-mêmesou l’emploi de pigments minéraux.

Caractéristiques mécaniques et physiques

Les caractéristiques préconisées pour les dallessont précisées dans le Cahier des charges duSyndicat National des Fabricants de Produits enBéton.Les spécifications concernent l’ingélivité, la limitationd’absorption d’eau et la résistance à la flexion.

Mise en œuvre

Comme pour les pavés, la mise en œuvre tientcompte de la nature du terrain, plus ou moins por-teur, et des charges supportées par les dalles.En règle générale, après compactage du sol et réa-lisation éventuelle d’une couche de fondation sur lesterrains faiblement porteurs, la constitution du lit depose est le plus fréquemment en sable, sur 3 à 4 cmd’épaisseur.Plus rarement, et pour les dalles de faible épaisseur,le lit de pose peut être constitué par un mortier dontle dosage en ciment n’excède pas 300 kg/m3 desable. Lorsque les joints sont garnis, on utilise dusable fin, ou du mortier dans le cas d’un lit de poseen mortier.La bonne tenue du revêtement dallé impose laconstitution d’une bordure de rive coulée en place ouen éléments préfabriqués.Sur les toitures-terrasses accessibles ou les plagesde piscines, les dalles sont posées sur des plots d’aumoins 5 cm de hauteur, afin de permettre l’écoule-ment des eaux (se référer à la norme NF P 98-307 [DTU 43.1] « Étanchéité des toitures-terrasses »).Les plots préfabriqués ou coulés en place compor-tent un système de calage des dalles permettant derégler l’appui sur chaque coin et d’assurer un écar-tement régulier entre elles.

■ Le béton coulé en place

Dans son principe, cette technique est analogue àcelle utilisée pour la réalisation de voiries, qui fontl’objet du chapitre 8.7. Seules diffèrent les règles dedimensionnement, une voie piétonne ou cyclable nesupportant pas les charges d’une voie de circulationautomobile. Les épaisseurs préconisées pour cetype de réalisations sont de 10 à 15 cm (15 cm auto-risant un trafic t6 de 10 poids lourds/jour). Le sol sup-port correctement compacté est suffisant lorsqu’ils’agit de sables ou de graves argileuses ; son traite-ment ou une couche de forme peuvent s’avérernécessaires s’il s’agit de limons ou d’argiles fines.

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Étant souvent un élément de décor, le béton, danssa partie superficielle, peut être l’objet d’un traite-ment de surface faisant ressortir son aspect esthé-tique (granulats apparents, coloration du béton). Ledénudage des granulats ou le striage du béton per-mettent, en outre, de répondre aux exigences desécurité des utilisateurs, en conférant au revêtementun caractère antidérapant, notamment en présenced’eau.La réalisation de ce type d’aménagements estaujourd’hui facilitée par la possibilité de trouver chezles fournisseurs de béton prêt à l’emploi des bétonscolorés ou armés de fibres, qui permettent à unepetite entreprise équipée d’un matériel très simple(règle vibrante) d’exécuter ces ouvrages autrefoisréservés à des entreprises spécialisées.Pour accroître encore les possibilités expressives dubéton coulé en place, des procédés d’impression oude matriçage permettent d’animer sa surface enreproduisant des motifs variés rappelant les surfacespavées ou dallées.

■ Entretien et interventions

Les éléments en béton se prêtent bien à des inter-ventions sur les réseaux sous-jacents. Le démonta-ge et le remontage de pavés ou de dalles, le rem-placement d’éléments endommagés se font de façonplus aisée et plus rapide.Le nettoyage des sols en béton s’effectue avec lematériel traditionnel de nettoyage manuel ou méca-nique.

Les sols intérieurs

Les dalles en béton ne se limitent pas à l’usage exté-rieur ; elles trouvent également un champ d’applica-tion à l’intérieur des bâtiments ou pour les terrasses.Les textures de surface très variées sont créées soitpar des motifs en relief, soit par les granulats rendusapparents.Les carreaux « mosaïque de marbre », à base degranulats de marbre pour la couche de surface, sontpolis de façon à mettre en valeur la texture et lescolorations des matériaux. Ces carreaux, moinsemployés aujourd’hui, gardent cependant toute lavaleur esthétique du béton poli et sont encore sou-vent utilisés dans certains pays comme l’Italie.

■ Caractéristiques dimensionnelles

Les dalles sont le plus souvent de forme carrée (30 x 30, 40 x 40 ou 50 x 50 cm), de 4 à 6 cm d’épais-seur.

■ Spécifications

Seuls les carreaux mosaïque de marbre ont fait l’ob-jet d’une norme (NF P 61-302) qui fournit les spéci-fications relatives aux caractéristiques physico-chi-miques : ingélivité, limitation de l’absorption d’eau etrésistance en flexion. Le cahier des charges desdalles en béton, déjà cité, reprend pratiquement cescritères.

■ Aspect et coloration

Les coloris des dalles en béton peuvent être trèsvariés. De même que pour les autres éléments enbéton, le choix des granulats de marbre, porphyre ouquartz, ainsi que l’emploi de pigments minéraux,permettent aux fabricants d’offrir une large palettes’harmonisant avec tous les décors.Les traitements de surface – béton désactivé, gra-nulats apparents, grésage, polissage – soulignentl’aspect, qui peut être aussi marqué par des formeset des teintes différentes ou par des motifs en relief.

■ Mise en œuvre

Les modalités de pose sont décrites dans la normeNF P 11-213 (DTU 13.1) « Travaux de dallage ». Ilest notamment préconisé la constitution d’unecouche de forme, soit en béton maigre, soit en mor-tier armé d’un treillis, soit en sable.Une couche de désolidarisation permet d’éviter latransmission des éventuelles variations dimension-nelles du gros œuvre au dallage.Le mortier de pose est soit un mortier de cimentdosé à 300/350 kg de ciment/m3, soit un mortierbâtard ciment et chaux hydraulique (1/3 à 1/2 dechaux).Les joints sont remplis au coulis de ciment, ou aumortier de ciment s’ils sont larges.

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Les dalles peuvent se marier à des sols coulés en place, en bétondésactivé.

Les dalles en béton sont bien adaptées aux sols industriels.

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Pavés en béton pour égayer les centres-villes,

les espaces piétonniers, dalles-gazon pour drainage,

grandes dalles pour aménagements lourds, mobilier urbain

à combinaisons multiples.

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Les domaines d’emploi

Les pavés et les dalles trouvent dans les espacesurbains un vaste champ d’application : allées,places, trottoirs, zones piétonnes, peuvent être per-sonnalisés et clairement délimités en jouant sur l’ap-pareillage et les couleurs des matériaux.Dans les lotissements, les voies de desserte, lesaires de stationnement, les espaces de jeux sonttraités de façon esthétique et durable par les solu-tions béton. Les pavés et dalles de toutes naturessont bien adaptés au traitement des installationssportives, des stades, des espaces de plaisance,des plages de piscines.

Les autres applications des sols en béton

De nombreuses autres applications existent pour lessols en béton, parmi lesquelles on peut citer :• les espaces scolaires (cours, préaux) ;• les quais et les abords de ports de plaisance ;• les pistes cyclables et les chemins de promenade ;• les parkings privés ou collectifs, les aires de sur-faces commerciales ;• les sols industriels ;• les aménagements de jardins et d’espaces vertsprivés ou publics, les terrasses.

Le mobilier urbain ou de jardin

L’aménagement des sols va souvent de pair avecson équipement en accessoires de mobilier, fonc-tionnels ou simplement décoratifs.Pour les espaces urbains, se sont ainsi développésdes éléments réalisés en béton apparent, coloré, quirépondent aux exigences de sécurité, de durabilité etd’esthétique. On peut citer les bancs, les vasques etfontaines, les jardinières, les candélabres et lumi-naires, les panneaux d’affichage, les bornes, etc.

Les mêmes éléments, transposés dans les jardins,se retrouvent dans des dimensions adaptées à unusage privé, avec également des bordures d’allées,de talus ou de massifs, des murets, des piliers oudes clôtures.

210

Les jardinières : l’un des points forts du mobilier urbain en béton.

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L’intérêt du béton dans les routes

Un intérêt croissant pour les routes en béton sedéveloppe dans le monde entier, tant pour la réali-sation des grands axes routiers et autoroutiers quepour les voiries urbaines ou pour des applicationsplus modestes, mais très nombreuses, telles que lesroutes secondaires et la voirie rurale, forestière oude lotissement.Les raisons principales de ce développement sontdues à la satisfaction qu’elles apportent aux usagerscomme aux responsables des réseaux :• la chaussée en béton apporte à l’usager un niveaude service élevé, associé à un niveau de sécuritéremarquable : adhérence par tous temps, absenced’orniérage, visibilité due à une bonne réflexion de lalumière ;• le bilan économique à long terme est très favorabledu fait de la longévité de la chaussée béton et de sonentretien réduit ;• le béton apporte aux chaussées ses perfor-mances, notamment sa durabilité (résistance à lachaleur, au froid et au gel), et sa solidité (résistanceaux charges, à l’érosion et aux agressions chi-miques) ;• le béton permet de réaliser des chaussées inté-grées à l’environnement en employant des granulats,

des colorants et des traitements de surface quioffrent de nombreuses possibilités décoratives ;• le béton est un matériau simple à réaliser et àmettre en œuvre.

Définitions

■ Le trafic

Il est déterminé en fonction du nombre de poidslourds par jour :

Le dimensionnement d’une chaussée tient comptede la classe de trafic initiale et de la durée de servi-ce prévue, conduisant à considérer le trafic cumulésur cette période.

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8.7 Le béton dans les routes

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■ La portance du sol

Les sols sont classés en cinq classes de p0 à p5,caractérisant la capacité du sol à résister auxcharges appliquées (voir le chapitre 8.8).

■ Les caractéristiques du béton

Selon les applications et le trafic, le béton doit pré-senter des caractéristiques définies par la norme NF P 98 -170 « Chaussées en béton – Exécution,Suivi, Contrôle des spécifications »).

Le rôle et la structure de la chaussée béton

Le poids du véhicule est transmis au sol, sous formede pressions, par l’intermédiaire des pneumatiques.Ces pressions, voisines de la pression de gonflagedes pneumatiques, sont relativement importantes :6 à 7 kg/cm2.D’une manière générale, les sols ne peuvent sup-porter sans dommage de telles pressions ; il seforme alors des ornières.

Le rôle d’une chaussée est de reporter sur le solsupport, en les répartissant convenablement, lesefforts dus au trafic. La chaussée doit avoir uneépaisseur telle que la pression verticale transmiseau sol soit suffisamment faible, afin que celui-ci puis-se la supporter sans dégradation.Comme la pression décroît régulièrement en profon-deur, on peut constituer une chaussée par la super-position de couches de caractéristiques mécaniquescroissantes à partir du sol. En général, on rencontresuccessivement.

La couche de fondation

La construction de cette couche ne pose pas de pro-blème particulier ; la plupart des matériaux convien-nent.

La couche de base

La construction de cette couche doit faire l’objetd’une attention toute spéciale : le matériau utilisé doitpouvoir résister aux contraintes résultant dutrafic.

La couche de surface (ou de roulement)

Elle doit notamment résister aux efforts tangentielsdes pneumatiques et s’opposer à la pénétration del’eau.L’ensemble de ces trois couches constitue l’assisede la chaussée.L’avantage apporté par la chaussée béton est leremplacement des couches de base, de surface et,éventuellement, de fondation, par une dalle monoli-thique qui remplit leurs fonctions ; c’est le principe dela chaussée rigide.

Les bétons routiers

A partir des différentes catégories de ciments, il estpossible d’obtenir une grande variété de bétons auxcaractéristiques appropriées. En fonction de la natu-re des granulats, des adjuvants, des colorants, lebéton s’adapte aux exigences de chaque réalisation,par ses performances comme par son esthétique.Selon sa destination, on choisira la formulation et lamise en œuvre du béton la mieux adaptée.

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Les différentes couches qui constituent la structure de la chaussée.

Le trafic est déterminé en fonction du nombre de poids lourds par jour.www.allislam.net

■ Le béton pervibré

C’est un béton réalisé avec du ciment et des granu-lats usuels, dosé de 300 à 350 kg de ciment par m3

de béton. La mise en œuvre se fait avec vibrationsoit à l’aiguille vibrante soit avec des machines plusélaborées allant de la poutre vibrante au finisseur ouencore des machines à coffrage glissant.

■ Le béton fluide

Le béton fluide est un béton routier de compositionclassique auquel est incorporé un fluidifiant qui faci-lite sa mise en œuvre sans réduire sa résistance. Lafluidification du béton augmente considérablementsa maniabilité, mesurée par l’affaissement au cônequi passe par exemple de 5 cm à 20 cm.

■ Le béton compacté

C’est un mélange de grave, de sable, de liant, d’eauet éventuellement d’adjuvants, ayant des caractéris-tiques bien définies et dans des proportions don-nées. La granulométrie est particulièrement étudiéepour assurer une stabilité naturelle et permettre uneouverture à la circulation quasi immédiate, aprèscompactage et couche de protection.Parmi les nombreux types de béton utilisés dans lestechniques routières, on peut citer outre les bétonsusuels mentionnées ci-dessus.

■ Le béton poreux

Le béton poreux est un béton hydraulique qui secaractérise par une porosité ouverte très importanteavec des canaux de forte section. Cette porosité sesitue entre 15 et 30 %. Elle est obtenue en suppri-mant les gravillons intermédiaires et/ou en diminuantla quantité de sable. Ces bétons sont intéressantspour leurs qualités drainantes, d’adhérence, et l’af-faiblissement du bruit de roulement.

■ Le béton de sable

C’est un matériau fabriqué en centrale et destiné àêtre utilisé en assises de chaussées. Il est constituéd’un mélange de sable, de ciment, d’eau, d’adju-vants et éventuellement d’un correcteur granulomé-trique.

■ Le béton de fibres

La présence des fibres dans le béton apporte uneamélioration de certaines caractéristiques du béton,en particulier, en matière de résistance au cisaille-ment, à la fatigue ou aux chocs. Les fibres sont leplus souvent métalliques, en fonte ou en polypropy-lène.

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Chaussée épaisse en dalles courtes non armées.

Béton armé continu : armatures en fer rond ou en ruban cranté.

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La voirie à faible trafic

Une voie est dite « à faible trafic » lorsque le nombrede véhicules qui y circulent est inférieur à l’équiva-lent de 150 poids lourds (essieux-types de 13 t) parjour, soit environ 1 500 véhicules par jour, tousmodèles confondus.La route à faible trafic en béton est constituée soitd’un revêtement en béton de ciment (pervibré ou flui-de), qui sert de couche de roulement, soit d’unecouche de base en béton sec compacté revêtue d’unenduit superficiel.Les caractéristiques mécaniques du béton de ciment(grande rigidité, forte résistance vis-à-vis de diversessollicitations, etc.) permettent d’apporter des simpli-fications substantielles au niveau de la conceptionde la structure, du profil en travers et du profil enlong – et, par suite, des économies notables sur l’in-vestissement.D’une manière générale, la réalisation d’une routedans de bonnes conditions et son bon fonctionne-ment dans le temps nécessitent de respecter, danssa conception, certaines règles fondamentales tou-chant à l’infrastructure, à l’assainissement, au drai-nage, aux joints et aux matériaux constituant lachaussée.

■ L’infrastructure

La rigidité de la dalle béton permet, la plupart dutemps, son exécution directement sur un sol com-pacté et nivelé lorsqu’il est homogène.En cas de sol hétérogène ou de faible portance, unecouche de forme ou un traitement du sol à la chauxet/ou au ciment peut s’avérer nécessaire.

■ L’assainissement

Le projet d’une route à faible trafic en béton doit êtreconçu en fonction de la spécificité du matériau quiest le béton de ciment.En effet, par sa forte résistance aux diverses sollici-tations extérieures, en particulier à l’érosion, il per-met une grande variété de profils (en travers et enlong) car la chaussée elle-même peut être utiliséepour assurer le ruissellement des eaux (profil àécoulement central ou latéral, profil en toit).

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EXEMPLES D’EMPRISES

CHAUSSÉE CLASSIQUE

CHAUSSÉE EN BÉTON DE CIMENT

EXEMPLES DE PROFILS EN TRAVERS

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■ Le drainage

Le plus souvent, la chaussée en béton ne nécessitepas de dispositif de drainage particulier.Cependant, pour les sols à teneur en eau élevée oususceptibles de présenter des accumulations d’eau,il y a lieu de prévoir un drainage efficace, facteuressentiel de durabilité de la chaussée, notammenten matière de résistance aux cycles gel-dégel.

■ Les joints

La réalisation correcte de joints destinés à localiserla fissuration est une condition essentielle de ladurabilité de la chaussée. On distingue les jointstransversaux et les joints longitudinaux.Les joints transversaux sont destinés à réduire lessollicitations dues au retrait ou au gradient ther-mique (joints de retrait), à compenser les variationsdimensionnelles d’origine thermique (joints de dilata-tion) ou à marquer un arrêt de bétonnage (joints deconstruction).Les joints longitudinaux, servent à compenseressentiellement les contraintes dues au gradientthermique, sont donc des joints de retrait.

■ Les critères de dimensionnement

Les critères de dimensionnement, retenus pour lesvoiries à faible trafic, sont :

Le trafic

Il correspond aux classes t6 à t3+, soit 0 à 150 poids

lourds par jour.

La portance du sol

Pour les voiries à faible trafic, il suffit que le sol pré-sente une portance au moins égale à p2 ; en des-sous, la réalisation d’une couche de forme s’avèresouvent nécessaire pour permettre une assise suffi-sante de la dalle béton.

Les caractéristiques du béton

Le seuil minimal de résistance à la traction parflexion, paramètre essentiel en matière de dimen-sionnement, est fixé à 4,5 MPa.Selon l’évolution prévisible du trafic et la période deservice retenue (généralement 20 à 40 ans pour leschaussées béton), les critères adoptés pour ledimensionnement conduisent à une épaisseur opti-male de béton comprise entre 15 et 22 cm.Des catalogues détaillés de structure établis par leSETRA fournissent les valeurs de dimensionnementen chaussée neuve et en renforcement de chaus-sées anciennes.

■ La réalisation de la chaussée

Les différentes phases de réalisation de la chausséesont les suivantes :• les travaux préparatoires ;• les terrassements incluant notamment les traite-ments de sols au ciment ou à la chaux ;• la mise en œuvre du béton, effectuée selon l’unedes trois techniques :– le béton est pervibré soit à l’aiguille vibrante, soitavec du matériel permettant l’exécution de l’en-semble des opérations de mise en place du béton,de vibration et de lissage (vibro-finisseur, machine àcoffrage glissant) ;– le béton fluide, comportant un superplastifiant, semet en place de lui-même, sans vibration ni com-pactage, entre coffrages réglés ;– le béton est compacté avec un compacteur vibranten une ou deux couches selon l’épaisseur à réaliser.

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Joint de retrait (scié ou moulé) Serrage à la règle vibrante...

... ou au vibro-finisseur.

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Les finitions

Les joints sont exécutés, soit aussitôt après mise enœuvre du béton par incorporation dans le béton fraisd’un profilé en plastique, soit dans le béton durci parsciage avec une machine à disque diamanté.Les traitements de surface du béton permettent decréer une texture donnant une bonne adhérence surrevêtement sec ou mouillé, et un aspect esthétiquequi peut être agrémenté par des colorations variées.Les traitements usuels sont le brossage, le striage,ainsi que le dénudage des granulats mécanique-ment ou par voie chimique.La cure du béton frais permet d’éviter la dessiccationdu béton sous l’effet du vent ou de la chaleur.Elle est généralement réalisée par pulvérisation d’unproduit de cure ou, plus simplement, par protectionpar un film de polyéthylène ou par arrosage.

■ Les applications

La voirie à faible trafic, à laquelle le béton apporteses avantages technico-économiques, représenteplusieurs centaines de milliers de kilomètres :• les voiries de lotissement ;• les voies piétonnes dans les centres urbains ;• les pistes cyclables ;• les voiries communales ;• les voiries agricoles, forestières, viticoles.La technique béton est également applicable à laréalisation de sols industriels, aires de stockage,quais de chargement, parkings (voir le chapitre 8.6).Pour toutes ces voiries ou sols en béton, des traite-ments de surface peuvent enrichir l’esthétique del’ouvrage et faciliter son intégration dans des envi-ronnements variés. Ces traitements sont principale-ment :– le béton désactivé ;– le béton bouchardé ;– le béton imprimé.

■ Le béton désactivé

Cette technique consiste à éliminer le mortier super-ficiel du revêtement en béton de façon à faire appa-raître les granulats et à conférer à la surface descaractéristiques particulières d’adhérence et/oud’aspect.

■ Le béton bouchardé

La surface du béton durci est attaquée avec un mar-teau spécial « boucharde ».

■ Le béton imprimé

Des matrices ou des moules spéciaux sont utiliséspour créer des dessins ou motifs à la surface d’unbéton frais.

Les routes à moyen et fort trafic

Il s’agit des routes qui supportent un passage depoids lourds supérieur à 100 par jour (classement T0 à t3). C’est un domaine dans lequel le béton adémontré ses avantages depuis de nombreusesannées, notamment dans le secteur autoroutier.Parmi les techniques en présence celles utilisant lesdalles courtes non armées et le béton armé continuse développent tout particulièrement.

■ Les dalles courtes non armées

La longueur maximale des dalles varie entre 3,50 met 6 m.

Le principe de fonctionnement

La technique est déjà ancienne, mais son mérite estd’avoir su évoluer pour s’adapter aux conditionsactuelles de trafic, et d’éliminer les défauts quis’étaient manifestés à l’origine. Ces défauts étaientliés aux modifications des conditions d’appui desdalles au droit des joints, se traduisant par un phé-nomène de « pompage », des décalages et des frac-turations de dalles.

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Surface striée au balai ou au râteau.

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Les dispositions constructives

Elles permettent d’éliminer ces phénomènes et sontaujourd’hui bien maîtrisées.

Le drainageL’emploi de dispositifs drainants longitudinaux enbord de dalle est une solution efficace et écono-mique.

L’utilisation de matériaux d’appui peu érodablesLe comportement du revêtement en béton est condi-tionné par les effets de l’eau pouvant s’accumulerentre la dalle de béton et la fondation. En cas demise sous pression dynamique sous l’action descharges du trafic, cette eau risque de provoquer uneérosion à l’interface fondation-revêtement, pouvantentraîner un battement de dalles et la formation decavités sous le revêtement. De ce fait, la non-éroda-bilité des matériaux de couche de fondation est unepropriété essentielle qui doit être prise en comptedans la conception.Pour lutter contre l’érosion de la surface de la fonda-tion, il faut procéder à un choix judicieux des maté-riaux en fonction de la catégorie du trafic. A cetégard, il faut éviter la présence de fines non liéessous le revêtement en béton ; une couche de profi-lage en sable est donc à proscrire dans tous les cas.

La surlargeur de la dalle béton par rapport à labande de circulationElle permet d’éviter la dégradation dans la zone sen-sible constituée par le bord du revêtement.

Les jointsLes joints de retrait sont réalisés par la créationd’une amorce de fissuration à une profondeur variantentre le quart et le tiers de l’épaisseur de la dalle,soit par moulage dans le béton frais, soit par sciagedans le béton durci. Les joints transversaux et longi-tudinaux sont généralement scellés au niveau de lagorge créée à la partie supérieure du joint. Ce scel-lement est destiné à éviter l’entrée d’eau dans lastructure.Pour les chaussées à fort trafic, ou lorsque les condi-tions climatiques sont rigoureuses, une liaisonentre dalles, destinée à empêcher le décalage sur la

hauteur, est réalisée par des goujons en acier d’en-viron 60 cm de longueur, de diamètre 20 à 30 mm,espacés d’environ 30 cm.

L’épaisseurL’épaisseur de la dalle, variable selon le trafic et ladurée de service, est généralement comprise entre20 et 28 cm.Dans certains cas, la couche de roulement et la fon-dation sont réunies en une seule couche de bétonqui constitue la « dalle épaisse ». Elle peut atteindre30 à 40 cm.

■ Le béton armé continu (BAC)

Le Béton Armé Continu (BAC) est un revêtement dechaussée en béton de ciment qui comporte desarmatures longitudinales, continues et disposées ennappe, en général à mi-épaisseur de la dalle. Il estcaractérisé par l’absence de joints de retrait trans-versaux.L’armature longitudinale est prévue pour contrôler lafissuration et pour conserver l’intégrité structurelledu revêtement. La quantité d’armatures est calculéede manière à répartir le retrait, se traduisant par des fissures régulièrement réparties (tous les 1 à 3 mètres) non préjudiciables. Elles sont suffisam-ment fines (0,4 à 0,5 mm au maximum) pour résisterà la pénétration de l’eau et pour garantir un bontransfert de charges.En France, la technique du BAC a évolué vers lespratiques suivantes.• Le pourcentage d’armatures longitudinales, pla-cées à mi-hauteur de la dalle, est réduit au minimum.A titre d’exemple, il est actuellement de 0,67 % pourles aciers Haute Adhérence type FeE 500 et de0,30 % pour les rubans crantés à haute limite élas-tique de type Fe 90.• La recherche de l’optimisation de l’adhérence entrel’armature et le béton, conduit à augmenter la surfa-ce de contact acier/béton ; l’emploi d’aciers plats cor-respond à cette évolution. Ces armatures se présen-tent sous forme de rubans crantés d’environ 40 mmde largeur et 2 mm d’épaisseur et permettent uneéconomie de l’ordre de 50 % d’acier par rapport auxarmatures traditionnelles.• La surlargeur non circulée permet une meilleurerépartition des charges en bordure de dalle.• Le drainage efficace de l’interface dalle-couche defondation est généralement assuré par un béton por-teur.• En fondation, on utilise un matériau non érodable.• L’épaisseur actuellement couramment utilisée estcomprise entre 16 et 22 cm, selon le trafic et lescaractéristiques de la plate-forme.

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• La mise en œuvre du béton peut se faire de deuxfaçons :– BAC monocouche : un béton homogène est dis-posé sur toute l’épaisseur de la dalle avec unemachine à coffrage glissant ;– BAC bicouche monobloc : deux couches de bétonsont disposées en une seule opération ; elles se dif-férencient essentiellement par la nature des granu-lats : durs et de très bonne qualité en partie supé-rieure pour assurer l’adhérence et le polissage, plusordinaires et moins onéreux pour la couche inférieu-re (granulats généralement locaux).

■ Les applications du béton dansles chaussées à moyen et fort trafic

Le béton, aussi bien en dalles courtes qu’en BAC,est utilisé pour la construction d’autoroutes ou deroutes à fort trafic, ou pour le renforcement et laréfection d’ancienne chaussées.Le BAC se développe en particulier :• en renforcement de chaussées anciennes à deuxvoies ou trois voies avec ou sans élargissement ;• en réfection de voie lente d’anciennes chausséesavec ou sans conservation de la fondation en gravetraitée existante.

■ Le béton de ciment mince collé« BCMC »

Le BCMC est une technique d’entretien superficieldes structures bitumineuses. Il s’agit d’une techniquerécente en France inspirée de celle développée parles Américains ces dix dernières années.Elle consiste à fraiser ou à raboter la structure bitu-mineuse dégradée sur une épaisseur adéquate et àmettre en œuvre, après nettoyage de la surface, unecouche mince de béton de ciment (6 à 10 cm) quiadhère parfaitement à la couche bitumineuse rési-duelle sous-jacente.

■ Les équipements de la route

De nombreux ouvrages en béton viennent compléterune route ajoutant des éléments de sécurité, deconfort ou d’apport à l’environnement : séparateursen béton, caniveaux, dispositifs de drainage et d’as-sainissement des eaux polluées, passages pour ani-maux.

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Pourquoi traiter les sols ?

Le traitement des sols a pour objet de rendre utili-sable un sol qui ne présente pas les caractéristiquesrequises pour servir, sans préparation, à supporterune route, un parking ou une aire industrielle.Le traitement, au ciment ou à la chaux, des sols enplace permet d’éviter le décapage et le remplace-ment par des matériaux d’apport. C’est donc unesolution plus économique et bien adaptée à de nom-breux chantiers, qui est apparue aux États-Unis audébut du siècle, mais ne s’est développée en Francequ’à partir des années 70.Les traitements de sol procurent notamment deuxavantages :• l’assèchement des sols permettant de les rendrepraticables aux engins de chantier ;• l’amélioration des caractéristiques géotechniquesde façon durable (résistances mécaniques, insensi-bilité à l’eau et au gel).

La portance d’un sol

■ Définition

C’est la caractéristique (p) qui définit sa capacité àsupporter les charges qui lui sont appliquées.La portance dépend de la nature du sol, de sonpourcentage d’eau et du degré de compactage.Les sols naturels présentent une grande variétéallant des limons et argiles aux cailloux en passantpar les sables, ce qui a conduit à les classer en fonc-tion de critères de granulométrie ou de plasticité.Quel que soit le sol, sa résistance mécanique aug-mente avec sa densité : donc, on cherche à aug-menter cette densité en faisant passer plusieurs foisdes engins lourds qui assurent le compactage.L’efficacité du compactage dépend de plusieursparamètres, notamment du type de matériel et dunombre de passes choisi en fonction du sol à traiter.La portance du sol et son degré d’humidificationoptimum sont déterminés par des essais dont lesplus usuels sont l’essai Proctor pour la compacité, etl’essai CBR pour la résistance au poinçonnement.

■ L’essai Proctor

La densité apparente d’un sol dépend, entre autres,de sa teneur en eau. Il est donc important de déter-miner la teneur en eau qui, pour une énergie decompactage donnée, fournit la compacité maximaledu sol, caractérisée par sa densité sèche.L’essai Proctor consiste à déterminer cet optimum àpartir de plusieurs mesures de densité sèche, effec-tuées sur des sols présentant une teneur en eaucroissante. La courbe joignant les points obtenuspasse par un maximum qui correspond à l’optimumProctor.

La forme plus ou moins aplatie de la courbe estcaractéristique d’un sol plus ou moins sensible à lavariation de sa teneur en eau. Les argiles présententune sensibilité à l’eau que le traitement à la chauxpermet de limiter : la courbe est plus aplatie enmême temps que l’optimum Proctor est déplacé versdes teneurs en eau plus fortes.

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8.8 Les traitements de sols au ciment et à la chaux

Diminution de la sensibilité à l’eau par traitement à la chaux.www.allislam.net

■ L’indice CBR

L’essai CBR consiste à mesurer la résistance aupoinçonnement d’un sol présentant la teneur en eaucorrespondant à l’optimum Proctor.A partir de la valeur obtenue, est défini l’indice CBRpar comparaison avec la valeur mesurée sur unmatériau type.Les classes de portance du sol p0 à p5, définies defaçon conventionnelle, correspondent aux valeursd’indice CBR suivantes :

■ Portance et nature du sol

La nature d’un sol joue un rôle primordial dans saportance, ainsi que le fait apparaître nettement letableau suivant, qui montre également que des cri-tères visuels simples permettent une premièreappréciation de la classe de portance.

■ L’influence du traitement sur la portance

Le traitement à la chaux et/ou au ciment permet degagner en moyenne deux classes de portance.Les courbes d’évolution de l’indice CBR, en fonctionde la teneur en eau du sol pour des sols traités avecdes pourcentages variables de chaux ou de ciment,montrent l’augmentation très rapide de cet indice enfonction du traitement.

Après deux heures, pour une teneur en eau initialede 14 %, l’indice CBR, de 9 avant traitement, passeà 30 et à 70 environ pour, respectivement, 0,5 et 3 %de chaux.

Le traitement à la chaux

■ Les propriétés de la chaux

Certains propriétés de la chaux (voir le chapitre 2.1)présentent des avantages particuliers pour les traitements de sols.

Basicité

La chaux est fortement basique ; les solutions pré-sentent un pH supérieur à 12.

Hydratation

La chaux vive est très avide d’eau. En s’hydratant,elle s’éteint avec un fort dégagement de chaleur.

CaO + H2O → Ca (OH)2 + 64,8 KJouleCette propriété est utilisée, par exemple, pour assé-cher des sols très imprégnés d’eau.

Floculation

La chaux provoque l’agglomération et la précipitationrapides des matières colloïdales en suspensiondans un liquide, ce qui modifie la consistance dumilieu et le fait passer d’un état plastique à unestructure grumeleuse stable.

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Traitement à la chaux avec scarificateur.

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■ L’action de la chaux sur les sols

Compte tenu de ses propriétés, la chaux modifie defaçon sensible le comportement des sols fins argi-leux ou limoneux.• L’extinction de la chaux vive au contact d’un sol trèshumide provoque un fort dégagement de chaleur eta une double conséquence : l’absorption d’eau com-binée et la vaporisation. En moyenne, la diminutionde la teneur en eau d’un sol traité à la chaux est del’ordre de 1 à 1,5 % pour 1 % de chaux.Pour un sol argileux gorgé d’eau, l’optimum de com-pactage est obtenu en abaissant son taux d’humidi-té d’environ 5 %, résultat généralement atteint par unapport de chaux vive de 3 à 5 %.• La propriété de floculer les éléments fins se mani-feste avec les argiles et les limons du sol, dont laconsistance se trouve très sensiblement améliorée,ce qui permet son compactage.

Le traitement au ciment

■ Principe du traitement

Le ciment incorporé à un sol développe un réseaude liaisons entre les grains qui le composent.La réaction d’hydratation du ciment présente l’avan-tage d’une évolution rapide, ce qui permet d’obtenirles résistances mécaniques nécessaires dans undélai court.

■ Les sols traités au ciment

Les sols peu plastiques dépourvus d’argile (sables,calcaires) sont traités directement au ciment, qui leurapporte cohésion, résistance mécanique et stabilitéà l’eau et au gel. Il s’agit des sols de portance p3 àp5, ou même p2, s’ils ne sont pas gorgés d’eau.

■ Les sols traités à la chaux et au ciment

Pour les sols argileux, un traitement préalable à lachaux est généralement nécessaire, d’une part pourameublir le sol dont la cohésion trop forte gênerait ladiffusion du ciment, d’autre part pour abaisser sateneur en eau qui est souvent trop élevée.Pour les sols p0, p1, p2, gorgés d’eau, ce traitementpréalable est réalisé à la chaux vive, plus avided’eau.Les sols de portance p0 et p1, non gorgés d’eau, sontpréalablement traités à la chaux éteinte.

Les domaines d’utilisation

Les terrassements

Le traitement des sols à la chaux vive peut être utili-sé pour assécher les sols et remblais des chantiersroutiers de faible portance p0, p1, p2, et les rendrepraticables par les véhicules et engins de terrasse-ment en toutes saisons.

Les assises de chaussées

Le traitement en place à la chaux des assises dechaussées est une solution économique, utilisée envoirie légère (lotissements, centre commerciaux). Lastructure obtenue est dotée d’une certaine souples-se, qui rend la chaussée peu sensible aux variationsdimensionnelles d’origine thermique et prévient l’ap-parition de fissures.

Le traitement au ciment

Il est employé pour :• les remblais ;• la réalisation de couches de forme de qualité ;• les couches de fondation ou de base de routes, lavoirie à faible trafic, les parkings et aires de stocka-ge ;• la remise en état de chemins dégradés par le gelou l’eau.

Mise en œuvre du traitement

■ L’épaisseur de la couche à traiter

Elle dépend du type de route et du trafic qu’elle sup-porte. A titre indicatif, le tableau suivant fournit lesordres de grandeur pour quelques cas types :

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■ Le dosage en liant

Traitement à la chaux

Il dépend de la teneur en eau du sol, qui peut varierde 10 à 25 %, ce qui conduit à utiliser un dosage de3 à 5 % de chaux rapporté au poids de sol sec, soit15 à 35 kg/m2 pour une épaisseur traitée de 30 cm.

Traitement au ciment

En fonction de la nature du sol et des caractéris-tiques recherchées, le dosage en ciment est de 4 à

8 % du poids de sol sec, c’est-à-dire 20 à 50 kg/m2

pour une épaisseur de 25 à 30 cm.

■ Les opérations à réaliser

Selon le traitement et la nature du sol, tout ou partiedes diverses opérations d’épandage, de malaxageet de compactage, résumées dans le tableau sui-vant, seront effectuées.

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C’est dans le domaine des ponts, ouvrages d’art parexcellence, que les ingénieurs et architectes ontappliqué leurs connaissances avec la plus grandecréativité, en développant des techniques auda-cieuses, originales, qui ont permis la réalisationd'ouvrages exceptionnels par leurs portées, leurshauteurs ou leurs procédés de construction. C'estaussi dans ce domaine que les architectes et lesingénieurs ont pu le mieux exprimer leurs complé-mentarités.Au fil des années, les progrès des matériaux etnotamment le béton armé et le béton précontraint,l'évolution des exigences et des moyens de calcul,les nouvelles méthodes de mise en œuvre ontapporté des changements profonds auxquels lesconstructeurs français ont largement contribué.

Le pont, ouvrage de franchissement

Pour un pont, il existe trois structures fondamen-tales :– la POUTRE, structure à réactions sur appuis ver-ticales,– l’ARC, structure à poussées dans laquelle lesmécanismes en jeu sont des compressions.– la SUSPENSION, structure à poussées auxappuis dans laquelle les mécanismes en jeu sontdes tractions.

A ces structures fondamentales dont le principe defonctionnement est simple, il faut ajouter les struc-tures mixtes ou composées :– le BOW-STRING ou arc sous-tendu– le pont suspendu raidi par haubanage– le pont à HAUBANSPour un ouvrage donné, le choix d’un type de struc-ture est lié à de nombreuses contraintes dont lesplus évidentes sont souvent la recherche esthétiqued'intégration dans un site et les portées possiblesentre deux appuis.

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8.9 Les ponts en béton

Schéma des structures.

Pont de l’Iroise.

Les trois structures fondamentales Structures composées

poutre

arcs

structures suspendues

bow-string

pont suspendu raidi parhaubanage

pont à haubans

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Les éléments constitutifs du pont

Quelle que soit leur application : pont-route, pont-rail,pont-canal, passerelle piéton, ou autre, les pontssont constitués de deux éléments principaux :– le TABLIER : partie sensiblement horizontale del'ouvrage qui assure le franchissement,

– les APPUIS qui peuvent avoir des configurationstrès variées : voiles, poteaux et chevêtres, piles,pylônes, culées, piles-culées, piédroits…

Conception des ouvrages en béton

Dans les ouvrages bien conçus, l'harmonie résulted'un équilibre entre l'expression de leur fonction, lalogique de leur schéma statique, la relation avec lepaysage environnant et le soin apporté au traitementdes moindres détails.Le béton est le matériau utilisé systématiquementpour la réalisation des fondations et des appuis detous les ponts modernes. Il est aussi très largementappliqué pour l'exécution des tabliers, soit sous laforme de béton armé, soit sous la forme de bétonprécontraint.Tous les types de béton peuvent être envisagésdans le cadre de la construction d'un ouvrage d'art.Pour les ouvrages moyens et importants, les condi-tions de formulation, de préparation, de transport etde mise en place du béton sont définies dans un desfascicules du cahier des clauses techniques géné-rales (CCTG) applicable aux marchés publics de tra-vaux : le fascicule 65A : « exécution des ouvrages degénie civil en béton armé et précontraint ». Pour lesouvrages de faible importance, c'est le fascicule 65Bdu CCTG qui s'applique.Dans les deux cas, les calculs justificatifs de laconception des structures sont effectués conformé-ment aux règles BAEL et BPEL, complétées le caséchéant de justifications relevant par exemple decalculs dynamiques en relation avec des disposi-tions antisismiques et des vérifications de la stabilitéau vent.

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appareil d'appui

dalle de transition

TABLIER

remblai

chevêtre

colonne

semelle

fondation

voile

semelle

fondation

appui d'extrémité (pile - culée )

appui intermédiaire ( pile )

APPUIS

Perspective d'un pont courant.

Viaduc de Rogerville.

Pont de Normandie en construction.www.allislam.net

Une exigence constante de bétonsde qualité appuyée sur un pland'assurance qualité

Généralement, la composition des bétons est justi-fiée par vérification de la résistance en 2 étapes :une épreuve d'étude et une épreuve de convenance.Pour la formulation des bétons, outre les exigencesmécaniques et esthétiques, deux aspects importantssont pris en compte :– l'adaptation de la maniabilité du béton frais auxconditions et moyens de mise en œuvre,– le respect des exigences et recommandations duLaboratoire Central des Ponts et Chaussées enmatière de prévention du risque d'alcali-réaction.Dans certains cas, la variation des conditions clima-tiques au cours des travaux peut justifier de plu-sieurs formulations de béton pour un même ouvrage,par exemple bétonnage par temps chaud, bétonna-ge par temps froid.

Les différents types de ponts

■ Ponts cadres, portiques et ouvragesvoûtés

De forme très simple, ces ouvrages donnent la pos-sibilité de préfabrication partielle ou totale en usineou sur chantier, lorsque les dimensions le permet-tent.

■ Ponts à poutres

Les poutres en béton armé ou en béton précontraintpeuvent être préfabriquées. Elles sont rendues soli-daires d'une dalle de béton armé qui assure la répar-tition transversale des sollicitations.

■ Ponts dalles

Réalisés sur le chantier, les tabliers de ponts dallessont en béton armé ou en béton précontraint.Généralement de faible épaisseur, les dalles don-nent aux franchissements un aspect harmonieuxtrès élancé pour des portées importantes.

■ Ponts en arc en béton armé

Les arcs sont, avec les ponts à béquilles, les struc-tures les mieux adaptées au franchissement de val-lées encaissées ou de gorges profondes. L’arc,poutre courbe à réactions d’appuis obliques, à fibremoyenne circulaire ou parabolique, ne peut êtreenvisagé que sur un sol de fondation de bonne résis-tance (rocher sain). Il porte un tablier qui peut êtreplacé au-dessus de l’arc (pont en arc à tablier supé-rieur) ou au-dessous (pont en arc à tablier suspenduou intermédiaire).L’arc proprement dit peut être :– un caisson mono ou multicellulaire pour lesgrandes ouvertures– des poutres pleines entretoisées pour les ouver-tures moyennes.– une dalle à nervures latérales pour les faiblesouvertures.Le tablier peut être une dalle armée ou précontrainteavec ou sans nervures, une structure mixte, un tablierà poutres précontraintes ou une poutre caisson.

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Pont de la Pyrénéenne (A 64).

Viaduc du Crozet (A 51).

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■ Ponts en béton précontraint construitsen encorbellement

L’encorbellement consiste à construire le tablier depont par tronçons à partir des piles. Les tronçonssuccessifs sont exécutés symétriquement de part etd'autres de la pile. Ils peuvent être coulés en placedans des coffrages portés par des équipagesmobiles ou préfabriqués par voussoirs. Ils sontassemblés par des câbles de précontrainte.Pour des portées supérieures à 70 m, on a recoursà un tablier de hauteur variable plus délicat àconstruire mais, plus économique et plus esthétique.Il peut être encastré sur les piles (encastrementtotal) ou simplement posé sur une file d’appareilsd’appui (appuis simples).Transversalement le tablier est souvent un caissonunicellulaire, le hourdis supérieur débordant enconsole de part et d’autre peut être raidi par des ner-vures transversales éventuellement précontraintesou par des bracons. Il est possible d’atteindre deslargeurs de l’ordre de 30 m.

■ Ponts en béton précontraint construitspar poussage

La méthode de construction d’un pont par poussageconsiste à confectionner un tablier sur une ou sur lesdeux rives de la brèche à franchir puis à le mettre enplace sur ses appuis définitifs par déplacement lon-gitudinal. Cette technique a été utilisée pour la pre-mière fois vers 1965, elle nécessite l’utilisation deplaques d’appui permettant le glissement avec unfaible frottement (revêtement téflon ou similaire).Pour cette technique le tablier doit être de hauteurconstante, il faut pouvoir disposer en arrière desculées d’une longueur suffisante pour aménager l’ai-re de fabrication du tablier (au moins longueur d'unetravée).Le tablier peut être une dalle, une dalle nervurée, uncaisson.Le poussage est facilité par des moyens techniquesappropriés tels que palées provisoires en bétonarmé ou métalliques, avant-bec, mâts de haubanageou des dispositifs combinés.Le poussage permet de construire des tronçons degrande longueur (20 à 40 m) et nécessite de mettreen œuvre un béton de bonne résistance à courtterme (25 à 30 MPa à 24h) et qui progresse assezvite dans les premiers jours.La force de poussage est appliquée par des sys-tèmes brevetés ; le système Eberspächer est le plusconnu.

Construction en encorbellement.

Viaduc des Bergères.

Viaduc de la Barricade.

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■ Ponts à haubans

Le principe de ce type d’ouvrage est ancien, mais ila eu beaucoup de difficultés pour sortir du domainemarginal. Albert CAQUOT en 1950 à Pierrelatte,Jean MULLER en 1975 au pont de Brotonne ontcontribué au développement de cette technique quia abouti avec Michel VIRLOGEUX à la réalisation dupont de la Normandie dont la portée entre pylônesest de 856 m.En quelques années, le domaine d’emploi des pontsà haubans s’est largement étendu pour des raisonsesthétiques de bonne intégration à des sites sen-sibles. C’est une technique qui donne une très gran-de liberté de conception architecturale.

227

Pont Vasco de Gama.

Pont de Normandie.

Pont de l’Iroise.www.allislam.net

■ Ponts suspendus

Cette technique a été quelque peu supplantée parcelle des ponts à haubans et semble limitée aux trèsgrandes brèches à franchir d’une seule portée. Ilexiste toutefois en France un patrimoine de quelquedeux cents ponts de ce type, dont la plus grande par-tie est équipée de tabliers à structures métalliquesrelativement flexibles.Pour les ouvrages importants de Tancarville et deBordeaux (Pont d’Aquitaine), une dalle mince enbéton armé solidaire d’une tôle en acier au moyende connecteurs a permis d’associer le platelage à lastructure du tablier pour en améliorer la rigidité.Dans une conception plus récente adoptée pour leViaduc de Chavanon, trois raisons fondamentalesont nécessité l’exécution d’un tablier à grande rigidi-té propre de torsion :– le choix pour des raisons esthétiques d’une sus-pension axiale,– une grande largeur de tablier : 22 m,– absence de connexion entre les pylônes et letablier qui file sur 360 m entre les culées sur les-quelles il est encastré vis à vis de la torsion.Le niveau de rigidité requis est obtenu par la solida-risation d’une dalle-hourdis en béton B40 de 0,22 md’épaisseur et de 22 m de largeur précontraintetransversalement et d’un caisson métallique centralde 9 m de largeur en fibre supérieure, complété pardes bracons supportant les très larges encorbelle-ments du hourdis béton (encorbellement de 6,50 m).

■ Ponts à béquilles

Bien adaptés aux vallées encaissées et aux grandesportées, cette variante d’ouvrages en arc, permetd’éviter les lignes verticales des pylônes de ponts àcâbles qui peuvent s’avérer inesthétiques dans cer-tains sites. Tablier et béquilles sont souvent exécutésen béton précontraint.

228

Viaduc du Chavanon.

Pont sur la Truyère.

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Préfabrication d’ouvrages d’art

La préfabrication est une méthode de constructiontraditionnelle des ouvrages d’art. En la matière, il y alieu de distinguer trois échelles très différentes de lanotion de préfabrication :– l'échelle de la préfabrication transportable par voieroutière qui correspond à la fabrication de piècesdont la masse est limitée à 25 tonnes voire 30tonnes : préfabrication concevable en usine,– l'échelle de la préfabrication manipulable surchantier au moyen d'engins spécifiques (parexemple fardiers) qui correspond à des élémentsdont la masse peut atteindre 100 à 150 tonnes : pré-fabrication foraine,– l'échelle du gigantisme où les éléments préfabri-qués peuvent atteindre plusieurs milliers de tonnes,jusqu'à 10 000 tonnes et qui ne sont transportablesque par voie maritime soit par mise en flottaison deséléments préfabriqués eux-mêmes soit au moyend'engins de levage et de transports exceptionnels.Pour des portées allant jusqu’à 20 mètres entreappuis, il est possible d’utiliser des poutres en bétonprécontraint par fils adhérents préfabriquées enusines. Sur chantier, elles sont rendues solidaires

d’un hourdis en béton armé coulé en place de25 cm d’épaisseur pour constituer le tablier. La conti-nuité d’une travée à l’autre peut être assurée par uneentretoise en béton armé, ce qui permet de réduirele nombre de pièces d’appui et de concevoir desappuis de faible largeur.Fréquemment, la préfabrication sur le chantier depièces de grandes dimensions, les voussoirs, per-met de simplifier largement les conditions de miseen œuvre, c’est une solution applicable auxouvrages construits par encorbellements.Dans le cas de très grands ouvrages réalisés en sitemarin, la préfabrication sur le rivage d’éléments detrès grande dimension, transportables par engins flot-tants, est possible. C’est ainsi que, pour le pont de la Confédération reliant l’Ile du Prince Edouard auCanada, un gigantesque catamaran a été utilisé pourtransporter et poser des fûts de piles et des fléaux :énormes éléments béton de 200 m de longueur, de9000 tonnes posés à 70 mètres de hauteur.

229

Poutres préfabriquées précontraintes.

Viaduc des Barrails.

Pont de la Confédération.www.allislam.net

Ouvrages innovants

La recherche permanente de progrès dans les maté-riaux, dans les moyens de calcul, dans les méthodesde mise en œuvre, dans les équipements de chan-tier donne à chaque ouvrage significatif une origina-lité par rapport aux précédents. La précontrainteextérieure, les bétons de haute performance, l’appli-cation de ciment blanc pour la réalisation destabliers, les bétons auto-plaçants, les adjuvants denouvelle génération, les possibilités de préfabrica-tion, les modes de traitement de surface sont desmoyens à la disposition des maîtres d’ouvrage,maîtres d’œuvre et entreprises dans lesquels il estlargement possible de trouver les sources raison-nables d’originalité et de réussite technique.

230

Pont sur le Vecchio (Corse).

Viaduc de Vernègues (TGV Sud-Est Méditerrannée).

Viaduc de la Clidane (A 89).

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CONSEIL

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CONSEIL


PARTIE 9

LES RÉPONSES DU BÉTON

AUX EXIGENCES

DE SÉCURITÉ,

DE CONFORT

ET D’ENVIRONNEMENT

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Protéger les bâtiments contre les variations ther-miques, et plus particulièrement contre le froid, estune nécessité qui s’est affinée au fil des annéesavec l’exigence de confort de leurs occupants.Jusqu’au début des années cinquante, le chauffagea assuré le maintien en température des locaux sansqu’une réglementation stricte en codifie les règles.Mais le rapide accroissement du coût de l’énergie etla menace de raréfaction des réserves naturelles decombustibles, ont fait prendre conscience de lanécessité de limiter davantage la consommationd’énergie.Isoler les constructions est d’autant plus nécessaireque, selon les pays, 40 à 50 % de l’énergie totaleconsommée est consacrée au chauffage, domainedans lequel le plus grand pourcentage d’économiespeut être obtenu. C’est ainsi que l’évolution de laréglementation thermique conduit à réaliser depuis1989 des logements consommant 50 % d’énergie enmoins que ceux conçus conformément à la régle-mentation de 1974 (date du premier décret précisantles exigences thermiques auxquelles doivent satis-faire tous les logements neufs).La RT 2000 franchit une nouvelle étape qui condui-ra, tous les 5 ans, à réduire progressivement laconsommation d’énergie, de chauffage et de climati-sation de l’ensemble des bâtiments neufs, résiden-tiels et tertiaires.

Il faut souligner que la seule isolation thermiquene résoud pas tous les problèmes : globale-ment ce n’est pas la solution qui optimise laconsommation énergétique ; elle ne tient passuffisamment compte de la notion deconfort (aussi bien en hiver qu’en été).Un autre facteur entre en ligne de compte grâceau rôle de stockage et de régulation qu’il joue :l’inertie thermique de la construction.Les expérimentations ont montré que l’emploide matériaux lourds, et notamment du béton,permettait de profiter pleinement des apportssolaires, donc de limiter les besoins en chauffa-ge, tout en jouant un rôle régulateur, qui évite lasurchauffe des locaux en toutes saisons.

Les besoins énergétiques d’un logement

Les constatations faites sur les logements et lesrecherches menées en laboratoire sur maquettes ousur modèles, ont permis de faire évoluer la connais-sance des phénomènes et d’établir les bases de laréglementation thermique actuelle.A l’origine, on s’était contenté de considérer le fluxde chaleur sortant, ne prenant en compte que lesdéperditions dans le calcul d’un coefficient global dedéperdition du local : le coefficient G. Petit à petit, laprise en compte des « apports de chaleur » (solaire,apports internes) et du rendement des appareils dechauffage ont permis de mieux appréhender lesbesoins réels, donc la consommation en énergie deslocaux (logements, bureaux, bâtiments industriels oucommerciaux).

■ Les déperditions de chaleur d’un local

L’ensemble des déperditions résulte de la transmis-sion de chaleur par les parois, surtout par conduc-tion, et de celle transmise par l’air par convection.

La transmission par les parois

Tout matériau transmet plus ou moins bien la chaleuret est caractérisé par sa conductivité thermique λ :faible pour les matériaux isolants (de l’ordre de 0,040W/m °C pour le polystyrène expansé), forte pour lesmétaux (200 W/m °C pour l’aluminium). Pour le bétonusuel, elle vaut 1,75 W/m °C.La connaissance des conductivités thermiques desmatériaux permet de déterminer le coefficient K detransmission surfacique d’une paroi quelconque, fluxde chaleur transmis par cette paroi, par unité de surface et pour un écart de température de 1 °C entrel’intérieur et l’extérieur. On parle plus généralementde la résistance thermique R d’une paroi, inverse deK qui est la somme de la résistance proprement ditede la paroi (pour une paroi homogène d’épaisseur e),

et des résistances superficielles d’échange des facesintérieures et extérieures :

+

La valeur de R, exprimée en m2 °C / W, est donc (e exprimé en mètre) :

R = = + + 1he

1hi

eλ

1K

1he

1hi

eλ

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9.1 La thermique

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Pour des matériaux hétérogènes constituant les élé-ments de construction, on définit des résistancesthermiques utiles dont les valeurs sont fournies parla norme P 50-702 « Règles TH-K – Règles de cal-cul des caractéristiques thermiques utiles des paroisde construction. ».Par exemple, pour une maçonnerie non enduiteconstituée de blocs creux en béton de 20 cmd’épaisseur, la résistance thermique utile Ru est del’ordre de 0,20 m2 °C/ W.

Les déperditions par renouvellement d’air

Pour respirer et assurer l’hygiène en empêchant lescondensations de vapeur d’eau, il est nécessaire derenouveler périodiquement l’air des locaux (del’ordre de 0,5 à une fois leur volume par heure). L’airfroid venant de l’extérieur se réchauffe en absorbantune certaine quantité de chaleur perdue lors de sonévacuation.

Les déperditions par les parois

La réglementation RT 2000 conduit à déterminer lesdéperditions pour l’ensemble des parois d’un bâti-ment et à calculer le coefficient Ubât - coefficient detransmission surfacique moyen de l’enveloppe sépa-rant l’intérieur du bâtiment de l’extérieur, d’un localnon chauffé ou du sol (sous-sol non chauffé ou terreplein).

Ubât = ∑ (U.A + � L) (exprimé en W/°K.m2)∑ A

Avec :

U = coefficient de déperdition surfacique associé à la surface A de la paroi

� = coefficient de déperdition linéique associé à la longueur L de la liaison

Ubât intègre les ponts thermiques et tient compte des pertes vers leslocaux non chauffés. En revanche, il est indépendant de la ventilation,rappelée ci-dessus. Les éléments de calcul de Ubât sont décrits dans ledocument Règles Th-U (à paraître courant 2001). Il faut soulignerqu’outre les valeurs limites d’isolation de certaines parties de laconstruction (désignées « garde-fous ») définies par l’arrêté du 29novembre 2000, le coefficient Ubât ne doit pas excéder, dans le cas desbâtiments d’habitation, de plus de 30 % le coefficient Ubât-réf .

La valeur de référence, Ubât-réf est déterminée par laformule suivante :

Les valeurs Ai sont les surfaces des murs, plancherssous combles, toitures terrasses, planchers bas,portes, fenêtres nues et fenêtres équipées de ferme-ture.Les valeurs Li sont les linéaires de planchers inter-médiaires et de toitures terrasses, principalessources des ponts thermiques.Les coefficients ai sont fixés par arrêté.La France est découpée en 3 zones climatiques d’hiver H1, H2, H3 qui déterminent les valeurs deréférence des coefficients ai d’isolation des parois.La réglementation RT 2000 introduit en plus du respect d’une valeur globale des coefficients de

déperdition Ubât, des valeurs limites (les « garde-fous ») pour les déperditions de certaines paroisainsi que celles des ponts thermiques dus aux liai-sons planchers/murs.

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COEFFICIENT ai ZONES H1 et H2 ZONES H3a1 (W/m2K) 0,40 0,47

a2 (W/m2K) 0,23 0,30

a3 (W/m2K) 0,30 0,30

a4 (W/m2K) 0,30 0,43

a5 (W/m2K) 1,50 1,50

a6 (W/m2K) 2,40 2,60

a7 (W/m2K) 2,00 2,35

a8 (W/m2K) 0,50 0,50

a9 (W/m2K) (1) (2)

a10 (W/m2K) (3) (4)

COEFFICIENTS aI (ARRÊTÉ DU 29 NOVEMBRE 2000)

LES 3 ZONES CLIMATIQUES DE LA FRANCE

1. LES RÉFÉRENCES D’ISOLATION ZONES H1 ET H2

(1) 0,7 pour les maisons individuelles(2) 0,7 pour les maisons individuelles(3) 0,9 pour les autres bâtiments(4) 0,9 pour les autres bâtiments

a1.A1 + a2.A2+a3.A3+a4.A4+a5.A5+a6.A6+a7.A7+a8.L8+a9.L9+a10.L10

A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7

Ubât-réf =

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A titre d’exemples le schéma n° 3 précise les valeursgarde-fous d’isolation en zones H1 et H2.

■ Les apports de chaleur

La seule prise en compte des déperditions par lesparois n’est pas totalement satisfaisante, car ellepeut conduire à renforcer abusivement l’isolation desmurs, à diminuer les surfaces vitrées – moins iso-lantes qu’une paroi opaque – ou même à limiter exa-gérément la ventilation.En particulier, un critère pourtant très importantn’était pas considéré, à l’origine : les apports de cha-leur, essentiellement d’origine solaire.Pour capter ce flux solaire, les baies vitrées et lacapacité de stockage des parois constituent des fac-teurs essentiels.

On verra plus loin comment l’inertie thermique dubâtiment peut être exploitée pour améliorer leconfort thermique d’été des occupants et diminuer lapuissance nécessaire à la climatisation éventuelledes locaux.

La réglementation thermique RT 2000

Le décret relatif aux caractéristiques thermiques desconstructions, modifiant le code de la construction etde l’habitation ainsi que l’arrêté relatif aux caracté-ristiques thermiques des bâtiments nouveaux et desparties nouvelles de bâtiments ont été publiés aujournal officiel le 30 novembre 2000.

Le RT 2000 s’applique à tous les bâtiments neufs,résidentiels ou non dont le permis de construire estdéposé à partir du 2 juin 2001, à l’exception desconstructions suivantes :• les bâtiments dont la température intérieure estinférieure ou égale à 12 °C ;• les bâtiments climatisés ou chauffés en raison d’unprocessus industriel ;• les piscines, patinoires et bâtiments d’élevage.

Pour respecter la réglementation thermique 2000, unbâtiment neuf, résidentiel ou tertiaire, doit satisfaire àtrois exigences :• consommation d’énergie inférieure à celle d’unbâtiment ayant des caractéristiques thermiques deréférence (isolation, système de chauffage, de venti-lation, d’eau chaude sanitaire, éclairage, etc.) :

• en été, température intérieure inférieure à celled’un bâtiment ayant des caractéristiques thermiquesde référence (protections solaires, possibilité d’ou-verture des fenêtres,...) :

• les caractéristiques de l’isolation thermique desparois et des équipements de chauffage, ventilation,climatisation, eau chaude sanitaire, éclairage (pour letertiaire) et de protection solaire doivent présenterdes performances minimales appelées « garde-fou ».

Respect des exigences de la RT 2000

Deux approches peuvent être utilisées pour satisfaireles exigences de la réglementation :

■ Par le calcul

Le calcul de la consommation et de la températureest une voie normale pour optimiser les projets etvérifier le respect de la réglementation. Les coeffi-cients de consommation (C) et de consommation deréférence (Créf) ainsi que la température intérieure(Tic) et la température intérieure de référence (Ticréf),sont déterminés avec l’aide de logiciels spécialisés.Les documents de référence pour les méthodes decalcul sont les règles publiées au journal officiel le1er décembre 2000 :• TH-C pour le calcul des consommations d’énergiedans le bâtiment,• TH-E pour le calcul des températures pour leconfort d’été.

Tic ≤ Ticréf

C ≤ Créf

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3. LES GARDE-FOUS D’ISOLATION ZONES H1 ET H2

2. LES RÉFÉRENCES D’ISOLATION ZONES H3

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■ Par les solutions techniques agréées

La solution précédente impose une connaissanceapprofondie des textes. On peut se référer à dessolutions techniques plus simples attachées à desfamilles de bâtiments définies par leur destination etleurs principes constructifs et architecturaux (mai-sons individuelles en maçonnerie, locaux scolaires,ateliers de productions…).Pour un type de bâtiment donné, une solution tech-nique décrit une combinaison de moyens (isolationthermique des parois, équipements de chauffage,ventilation, protections solaires, etc.) repérés parleurs caractéristiques thermiques fournies par l’éti-quetage ou le fabricant, qu’il suffit de mettre enœuvre pour respecter la réglementation thermique.Le respect d’une solution technique agréée vaut res-pect de la réglementation. Il s’agit d’une approchetrès libérale puisque tous les acteurs souhaitantaider à l’application de la réglementation thermique(industriels, maîtres d’ouvrages, distributeurs d’éner-gie, etc.) peuvent proposer des solutions techniqueset les faire agréer par les pouvoirs publics.Le ministère de l’Equipement, des Transports et duLogement (direction générale de l’Urbanisme, del’Habitat et de la Construction) doit notamment pro-duire une solution technique applicable aux maisonsindividuelles.

Traitement des ponts thermiques

La réglementation incite à traiter les ponts ther-miques qui peuvent représenter jusqu’à 40 % despertes de chaleur par les parois. Elle introduit ungarde-fou qui deviendra contraignant lors du pro-chain renforcement de la réglementation à l’horizon2005. Dans l’intervalle, il appartient aux profession-nels de développer des solutions. Les règles Th-Ufourniront les valeurs des coefficients linéiques quicouvrent la grande majorité des ponts thermiquescourants.Les solutions constructives actuelles ont jusqu’iciplus ou moins bien résolu le traitement des pontsthermiques ; les voies possibles d’amélioration sem-blent devoir s’orienter vers quatre familles de solu-tions :

1. Coupure thermique entre about de plancheret mur extérieur (rupteurs thermiques).

Cette solution présente l’avantage d’être compatibleavec les techniques constructives actuelles de grosœuvre et de doublage isolant intérieur.

2. Isolation par l’extérieur

La solution est thermiquement très satisfaisantemais d’une mise en œuvre et d’un coût plus pénali-sants que les techniques actuelles.

3. Matériaux structurels isolants

Les bétons de granulats légers et le béton cellulairerépondent à ces exigences et sont bien adaptéspour des structures peu chargées (c’est le casnotamment de l’habitat individuel).

4. Double mur ou blocs de maçonnerie désoli-darisant paroi porteuse et paroi extérieure

Le double mur est peu développé en France ; parcontre les blocs avec lame isolante ou les blocs àbancher isolants existent et pourraient être dévelop-pés à la faveur de la mise en place de la RT 2000.

■ Le confort d’été

Il faut souligner ici l’apport novateur de la RT 2000puisque pour la première fois, le confort d’été desbâtiments non climatisés est pris en compte dans laréglementation thermique. Cette décision procèded’un double constat : les exigences croissantesd’isolation ainsi que les nouvelles pratiques deconstruction, qui peuvent conduire à des inertiesthermiques faibles et augmentent les risques d’in-confort.Cependant, dans de nombreux cas, il est possibled’obtenir un confort satisfaisant sans recours à unsystème spécifique de climatisation. L’objectif del’approche réglementaire est de limiter l’inconfort entenant compte des contraintes de l’environnementclimatique et acoustique et des possibilités tech-niques et économiques.Comme pour la limitation de la consommationd’énergie en réglementation thermique d’hiver le

236

Isolation répartie dans le matériau

Mur

Isolant

Prédalle

Béton couléen place

��

��

��

Intérieur

Isolant

Extérieur

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confort d’été peut être obtenu par deux voies :– le calcul conformément aux règles TH-E : l’appli-cation des caractéristiques de référence permet decalculer la température atteinte pour une journéetype d’été (Ticréf qui prend en compte l’inertie ther-mique du bâtiment). Cette valeur Ticref (prise aumoins égale à 26 °C) est la valeur à ne pas dépas-ser pour le projet considéré.– la conformité à des solutions de référence quidéterminent pour la zone climatique considérée,l’orientation des baies où l’exposition au bruit (per-mettant ou non l’ouverture des baies la nuit, le degréd’inertie de la construction ou la nature des protec-tions solaires.

L’inertie thermique, facteur de confortet d’économies d’énergie

■ Les apports solaires et les apportsinternes

Les apports dits « gratuits » (solaires et internes)entrent de façon très appréciable dans le bilan ther-mique des logements. Le développement d’une« architecture solaire passive » doit permettre d’ob-tenir une meilleure utilisation des apports solaires :orientation du bâtiment, importance des surfacesvitrées au sud, mais aussi maîtrise de l’inertie ther-mique.Le processus physique d’introduction de l’énergiesolaire dans un bâtiment fait jouer aux matériaux quile composent, en fonction de leur inertie, un rôle

majeur de stockage d’énergie. Leur intérêt ne selimite pas aux économies d’énergie qu’il entraîne,mais représente également une importante contri-bution à la notion de confort, d’hiver comme d’été enécrêtant les pointes de température.De façon simplifiée, on peut considérer que le fluxsolaire pénétrant par un vitrage et tombant sur une

surface – le plus souvent leplancher – en élève la tem-pérature superficielle, aveccomme conséquences, lapénétration d’une partie du flux dans la masse duplancher, le rayonnementvers les autres parois et le réchauffement de l’airambiant par convection.Le phénomène provoqueune montée en températureprogressive des parois. Sil’énergie solaire est supé-rieure à celle que nécessitele maintien de la températu-re désirée, il se produit une« surchauffe », d’autant plusprononcée que le bâtimentest bien isolé et de faibleinertie.

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ZONES CLIMATIQUES D’ÉTÉ

Ea

Eb

Ec

Ed

Les quatre zones : zones climatiques d’été Ea, Eb, Ec, Ed, définies surune base départementale ;

Consommation annuelle d’énergiepour le chauffage de trois cellulestypes en zones H1 /H2 et H3.Nombre de jours de surchauffe(> 27 °C).www.allislam.net

Lorsque le flux solaire diminue, les phénomènes s’inversent et les parois restituent progressivementl’énergie calorifique qu’elles ont emmagasinée.Le rôle de l’inertie des parois apparaît donc essen-tiel, non seulement dans la réduction des consom-mations annuelles, mais aussi dans le confort, c’est-à-dire le maintien de la régularité de la température.Des études menées par l’INSA de Lyon et plus récem-ment par le CSTB ont mis en évidence les avantagesde l’utilisation de matériaux lourds, et notamment dubéton, dans la construction. Les études ont été faitespar modélisation et confirmée par des mesures surdes cellules-types présentant le même degré d’iso-lation, mais faisant appel à des conceptions diffé-rentes.Pour les trois cellules les plus significatives considé-rées dans l’étude de l’INSA, allant de l’inertie la plusfaible à la plus forte, l’économie d’énergie sur uneannée est de l’ordre de 20 à 30 %.En matière de confort, les résultats ont été appréciésà partir des mesures de la température intérieure etdu nombre d’heures où celle-ci dépassait la limiteconsidérée comme seuil de confort de 27°.L’utilisation de murs en béton complétés par une isola-tion permet à l’inertie thermique de jouer à plein sonrôle de stockage et de régulation de la chaleur. Laconsommation diminue nettement (surtout en zoneH3) et le confort augmente : températures de pointemoins élevées, pendant un nombre d’heures très dimi-nué par rapport à une construction de faible inertie.

Dans le cas où un plancher haut, lourd en béton, aug-mente encore l’inertie thermique, le gain supplémentai-re de consommation est appréciable, surtout en zoneH1/H2. Le confort d’été est également amélioré.Le rôlede l’inertie thermique s’avère donc indiscutable :l’accroissement des masses permet de diminuer lesconsommations annuelles et d’augmenter la qualitédu confort par une régulation naturelle des tempéra-tures résultantes.Le béton se révèle être, dans le domaine des maté-riaux lourds, celui qui présente le plus d’avantagesde ce point de vue et devrait donc voir son rôle s’ac-croître dans le domaine de la thermique desconstructions.

En conclusion, parmi les multiples possibilitésoffertes par la réglementation thermique actuelle, lesrésultats précédents montrent que l’on doit privilé-gier les solutions faisant appel à des matériauxlourds comme le béton, dont le bon emploi en com-binaison avec une isolation complémentaire se tra-duit par une sensible économie d’énergie et unconfort dû à la suppression des phénomènes de sur-chauffe, particulièrement gênants lorsque les écartsde température diurne et nocturne sont importants.

238

L’inertie de la construction amortit les pointes de température et lamaintient à un seuil acceptable : 24 à 25,5 °C, au lieu de 33 °Cpour une cellule légère. (Ex. de températures intérieures relevées aucours d’une semaine d’été en zone H3).

La thermographie permet de déterminer avec précisionles zones de déperdition d’une construction.

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CONSEIL


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ppo

239

9.2 L’acoustique

L’acoustique est la science physique et physiolo-gique de l’émission, de la propagation et de la récep-tion des sons. Si les premières connaissances rela-tives à ce sujet sont déjà anciennes, les lois établis-sant le caractère vibratoire des ondes sonores nedatent que du XVIIe siècle.Le développement des nuisances sonores (bruits),engendrées par la vie moderne, a conduit à prendreen compte la qualité acoustique des constructions.La réglementation fixe des valeurs d’isolement pourles logements, aussi bien vis-à-vis des bruits exté-rieurs que vis-à-vis des bruits provenant des locauxvoisins.L’isolation acoustique des locaux est basée sur l’af-faiblissement de la transmission des sons par lesparois périphériques.Une loi expérimentale, dite loi de masse, a établil’amélioration de l’affaiblissement lorsque la massed’une paroi simple (la majorité des parois sépara-tives) augmente.

Le béton apporte ainsi une solution efficace àla réalisation de parois présentant, pour uneépaisseur acceptable, le degré d’affaiblisse-ment acoustique souhaitable : un mur debéton plein de 18 cm d’épaisseur, représen-tant une masse surfacique de 400 à450 kg/m2, procure un affaiblissement de58 dB (A) alors que l’exigence réglementairecourante est de 54 dB (A).Ce résultat est d’autant plus remarquable quela fréquence critique – inévitable, quel quesoit le matériau et correspondant à une dimi-nution de l’isolement – se déplace vers desfréquences basses lorsque la paroi s’alourditet intervient donc dans une plage où l’oreille yest alors peu sensible.

Le son

Le son est un phénomène physique qui se traduitpar la mise en vibration du milieu entourant la sour-ce d’excitation qui en est la cause. La vibration dumilieu (généralement l’air) applique au tympan del’oreille une suite de variations de pressions, à l’ori-gine de la sensation physiologique auditive.La perception sensorielle est influencée par deuxcaractéristiques importantes du son : son intensité etsa fréquence.

L’intensité du son est évaluée à partir du niveau depression acoustique Lp (exprimé en décibels), fonc-tion logarithmique de la valeur relative de la pressionacoustique efficace p de l’onde sonore par rapport àla pression acoustique po de référence qui corres-pond au seuil d’audibilité.

Lp = 10 log ( ) 2

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La fréquence exprimée en Hertz (Hz) est le nombrede vibrations par seconde. L’oreille fait correspondreà la fréquence les sensations physiologiques de hau-teur du son qui permettent de distinguer les sonsgraves (fréquence basse) des sons aigus (fréquenceélevée). L’oreille humaine perçoit les sons dont la fré-quence est comprise entre 20 et 20 000 Hz.Le bruit est une association complexe de sons defréquences différentes. Si on représente le niveau depression sonore en fonction de la fréquence, onobtient un diagramme appelé spectre du bruit.

L’isolation d’une paroi n’est pas la même selon la fré-quence du son, la perception par l’oreille non plus.C’est pourquoi on classe les sons selon leur fré-quence : graves (20 à 400 Hz), médiums (400 à 1 600 Hz) ou aigus (1 600 à 20 000 Hz).Dans l’étude de la transmission des sons dans lesbâtiments, on utilise des bruits d’émission dont lespectre est normalisé : « bruit rose » pour lesmesures de bruits intérieurs, « bruit route » pour lesmesures de bruits provenant de l’extérieur.Le bruit rose est un bruit dont l’énergie sonore estégalement répartie entre les bandes d’octave (inter-valle de fréquence compris entre une fréquence f etune fréquence 2f).Pour un spectre reporté sur un graphique avec uneéchelle logarithmique de fréquences, le bruit roseest donc représenté par une droite horizontale.Le bruit route correspond à un spectre reproduisantun trafic routier moyen. Ce spectre résulte de nom-breuses mesures de trafics réels et présente paroctaves les valeurs d’énergie suivantes.

Pour simplifier l’expression du niveau sonore d’unbruit émis ou reçu et le représenter par une seulevaleur, on a été conduit à déterminer des courbes

d’égale sensation sonore (sonie), dont le niveau d’in-tensité sonore décroît avec la fréquence (la percep-tion de l’oreille croît en effet à mesure que la fré-quence augmente jusqu’à 3 à 4 000 Hz).Le niveau sonore d’un bruit ainsi pondéré par fré-quences peut être exprimé par une seule valeur, quiest le niveau sonore global pondéré exprimé en dB(A).Le bruit route précédemment défini correspond, parexemple, à un niveau global pondéré de 70 dB(A).La capacité d’isolement d’une paroi est générale-ment fournie avec deux valeurs, correspondant àl’affaiblissement acoustique obtenu avec le bruit rosed’une part, avec le bruit route d’autre part.Un mur en blocs pleins en béton de 20 cm enduitsdeux faces procure ainsi un affaiblissement R rose de59 dB(A) et R route de 54 dB(A).La seconde valeur (R route) est toujours plus faibleque celle de R rose, car une paroi est plus sensibleaux fréquences basses, dont le niveau d’intensité estplus fort dans le spectre du bruit route.

Les bruits et la construction

■ Les principales sources de bruits

On peut distinguer les bruits intérieurs à la construc-tion et les bruits extérieurs.Parmi les premiers, les plus importants sont les per-sonnes elles-mêmes : une conversation normaleentraîne un niveau moyen de 55 à 60 dB(A), des crisde bébé peuvent atteindre 100 dB(A). Les appareilsde télévision ou de musique vont de 75 à 90 dB(A),les équipements ménagers de 60 dB(A) pour unemachine à laver à 80 dB(A) pour une essoreuse ouun robot ménager, les équipements sanitaires de 70à 75 dB(A) pour une chasse d’eau ou le remplissaged’une baignoire.Les bruits en provenance de l’extérieur sont essen-tiellement liés au trafic automobile (70 à 80 dB(A)pour un trafic normal, jusqu’à 90 dB(A) pour desvéhicules lourds ou utilitaires).Localement, peuvent intervenir d’autres bruits :avions, trains, chantiers ou ateliers divers.

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Spectre d’un bruit.

Protection contre le « bruit route » : les écrans anti-bruit en béton.

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■ La transmission des bruits

Les bruits aériens

Les bruits aériens sont produits par des sourcessonores dont l’énergie acoustique, lors de son émis-sion, est transmise uniquement à l’air qui l’entoure.La transmission d’un bruit aérien d’un local à unautre, ou de l’extérieur à l’intérieur d’un bâtiment,peut se faire directement par voie aérienne lorsqu’ilexiste des ouvertures ou un défaut d’étanchéité àl’air.Elle se fait plus généralement par la mise en vibrationdes différentes parois délimitant le local considéré.

Il y a donc transmission directe par la paroi sépara-tive des deux locaux (ou extérieur/local) et indirectepar les parois adjacentes. Si l’isolement d’une paroiindividuelle peut être mesuré, en laboratoire, entransmission directe, il est par contre beaucoup plusdifficile d’apprécier l’importance des transmissionsindirectes dans une construction réelle. Elles peu-vent représenter une énergie aussi importante quecelle correspondant à la transmission directe.Les principaux paramètres sont les masses relativesdes différentes cloisons, les liaisons entre elles, ainsique la présence de canalisations favorisant la pro-pagation des sons.L’indice d’affaiblissement acoustique (R) d’une paroisimple varie selon une loi expérimentale qui met enévidence l’influence logarithmique de la masse : ledoublement de la masse se traduit par un gain de6 dB pour l’indice d’affaiblissement. Par ailleurs, cetindice croît également avec la fréquence : les sonsgraves sont mieux transmis par une paroi que lessons aigus.

Il faut enfin mentionner l’existence d’une fréquencecritique pour laquelle toute paroi présente une chutesensible d’isolement.La fréquence critique est d’autant plus basse que lematériau est lourd. Elle se situe alors dans une plageoù l’oreille y est peu sensible : pour les paroislourdes en béton de 20 cm d’épaisseur, la fréquencecritique se situe à environ 60 Hz ; pour une paroilégère, elle peut intervenir à 500 Hz, voire 1 000 Hzpour une glace de 10 mm d’épaisseur.Une paroi double se comporte comme un systèmemécanique masse-ressort-masse, la lame d’air com-prise entre les deux parois jouant le rôle de ressort.Cette association entraîne l’existence d’une fréquen-ce de résonance de l’ensemble, pour laquelle l’affai-blissement acoustique passe par un minimum.Au-delà de cette fréquence, la pente de la courbed’isolement croît plus vite que la loi de masse, ce quipermet de constituer des parois doubles présentantune bonne isolation en associant des matériauxappropriés et en veillant à ce que la fréquence derésonance se situe à une fréquence basse peugênante. Cette fréquence doit être la plus voisinepossible de la limite basse du spectre audible.Généralement, les cloisons à parois multiplesusuelles utilisées entre logements ont une fréquen-ce de résonance comprise entre 60 et 80 Hz.

Pour qu’une paroi double soit efficace, elle doit rem-plir plusieurs conditions :• désolidarisation pour éliminer les transmissionsparasites ;

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Loi de masse expérimentale.

Valeurs d’isolement de quelques parois en béton.

Fréquence de résonance d’une paroi double.

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• parois dissemblables pour qu’elles n’aient pas lamême fréquence critique ;• distance suffisante entre parois, car elle influedirectement sur la fréquence de résonance ;• absorbant acoustique entre parois pour amortir lesondes stationnaires.

Les bruits d’impact

Une paroi peut être mise en vibration directementpar un choc, ou par les pas pour un plancher.Comme précédemment, la transmission ne se limitepas à la paroi directement sollicitée, mais se fait éga-lement par les parois adjacentes.

Lorsqu’on interpose entre la paroi et la source dechoc un matériau élastique, on atténue le niveaud’énergie transmise dans les fréquences élevées. Lebruit est donc surtout perçu dans les fréquencesbasses, moins gênantes pour l’oreille, et est reconnucomme un bruit sourd.Pour apprécier le comportement des parois sou-mises à un bruit de choc, on mesure l’affaiblissementacoustique de la paroi lorsqu’on lui applique un chocproduit par une machine à chocs normalisée.Les bruits produits par les équipements (chauffage,appareils sanitaires), sans être à proprement parlerdes bruits de chocs, peuvent cependant y être assi-milés car ils agissent directement sur les parois aux-quelles ils sont fixés, en leur transmettant les vibra-tions qu’ils produisent.La paroi transmettra d’autant plus ce type de bruitsqu’elle sera légère et rigide et que l’on n’aura pasdésolidarisé efficacement les équipements ou lescanalisations de la paroi sur laquelle ils sont fixés.

L’isolation acoustique des bâtiments

■ Vis-à-vis des bruits extérieurs

Bien qu’on ne soit pas toujours maître de l’implanta-tion, la première protection d’un bâtiment contre lesbruits extérieurs réside dans sa disposition et dansson architecture. Il sera toujours préférable d’orienterle bâtiment selon un axe parallèle à la direction depropagation du bruit : le pignon est toujours plus faci-le à protéger que les ouvertures en façade.Des bâtiments bas sont plus faciles à protéger pardes écrans, le sol jouant en plus un rôle absorbant.Il ne faut pas oublier enfin que l’efficacité de l’affai-blissement acoustique apportée par une paroi peutêtre affectée de façon importante par les défautsd’étanchéité à l’air des ouvertures, par la présencede dispositifs d’entrée d’air mal conçus ou par descoffres de volets roulants non traités avec des maté-riaux absorbants.L’emploi du béton en murs extérieurs permet toujoursd’obtenir un résultat efficace en matière d’isolementpuisque, quelle que soit la solution adoptée (bétonbanché, blocs en béton pleins ou creux d’agrégatslourds ou légers), l’affaiblissement acoustique d’uneparoi de 20 cm d’épaisseur varie entre 50 et 60dB(A). Il faut néanmoins veiller à ce que les jonctionsfaçade/refends, murs/planchers ou entre panneauxne constituent pas de ponts phoniques et soient cor-rectement calfeutrées ou doublées.

■ Vis-à-vis des bruits intérieurs

Généralement, on ne se préoccupe que de l’isolationentre logements ou à l’égard des parties communes.L’isolation entre les pièces d’un même logement faitrarement l’objet d’un traitement particulier, bien qu’ellepuisse constituer un élément de confort supplémentaire.Pour les parois entre logements (murs et planchers),on considère la règle de la masse surfacique 400 à450 kg/m2 comme une base minimale pour unesimple paroi. Ce résultat est obtenu avec le bétonbanché en 18 cm d’épaisseur ou avec des blocscreux en béton enduits de 25 cm d’épaisseur. Descloisons à parois multiples, par exemple deux fois 15cm avec interposition d’un isolant, peuvent être éga-lement réalisées ; elles donnent généralement satis-faction, surtout dans les fréquences moyennes etaiguës (à partir de 500 Hz). Les transmissions indi-rectes sont néanmoins supérieures avec ce type decloisons et la mise en œuvre doit être soignée, carl’étanchéité au pourtour est fondamentale.

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Transmission des bruits d’impact.

A l’intérieur comme à l’extérieur, des appareils de mesure permettentd’évaluer le niveau sonore des bruits.

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L’apport d’un doublage utilisant la laine minérale surune paroi présentant une insuffisance acoustiquepeut apporter une amélioration, sous réserve que lestransmissions latérales ne soient pas prépondé-rantes et que les ponts phoniques dus à des fissuresou à la présence de canalisations aient fait l’objetd’un traitement.Il ne faut pas négliger enfin l’influence des portespalières vis-à-vis des parties communes, ou desconduits de ventilation qui, lorsqu’ils sont malconçus, peuvent faire perdre tout le bénéfice d’uneisolation correcte d’une paroi.Les planchers doivent apporter une protection effi-cace, à la fois contre les bruits aériens et contre lesbruits d’impact.Pour la première condition, les règles appliquéesaux murs restent valables, en particulier le seuil de400 à 450 kg/m2 pour la masse surfacique d’un plan-cher à dalle pleine, obtenu avec une épaisseur de 18cm de béton.Les planchers avec entrevous béton satisfont égale-ment les exigences réglementaires, à condition devérifier les valeurs d’affaiblissement global de l’en-semble du plancher fournies par les producteurs, enfonction du type et de l’épaisseur des différents élé-ments (poutrelles, entrevous, dalles de compres-sion).Pour les bureaux, les hôtels, les écoles, les hôpitaux,des exigences plus sévères doivent faire l’objetd’une étude particulière en fonction des perfor-mances des systèmes.En ce qui concerne les bruits d’impact, les planchersconstitués de matériaux de module d’élasticité élevénécessitent un revêtement qui apporte la correctionsouhaitable. Dans les pièces carrelées, on réalisegénéralement une dalle flottante avec interpositiond’un matériau résilient, qui assure une désolidarisa-tion avec le plancher et les autres parois et limite latransmission. La désolidarisation est également larègle pour les équipements et les canalisations :cales souples pour les appareils sanitaires, jointssouples périphériques pour les baignoires adosséesà une cloison, manchons à la traversée des paroispar les tuyaux.

■ Les traitements intérieurs des pièces

Les ondes sonores frappant une paroi se réfléchis-sent en cédant une partie plus ou moins importanted’énergie selon le degré d’absorption de la paroi.Selon les matériaux, l’absorption est plus ou moinsmarquée en fonction des gammes de fréquence. Lesréflexions multiples, appelées réverbérations, sur lesparois d’une pièce peuvent, en outre, être à l’origined’un phénomène de persistance des sons (écho) quinécessite un traitement particulier.Pour les pièces d’habitation, le rôle absorbant estjoué par les revêtements ainsi que par le mobilier.Dans certaines pièces d’habitation ou dans lesbureaux où ce problème peut présenter une gêne,on est amené à prévoir des dispositions particulièresapportant une correction acoustique, notamment parl’emploi de plafonds très absorbants (dits acous-tiques).Les locaux tels que les studios d’enregistrement oules salles de spectacle nécessitent des études parti-culières pour obtenir une acoustique satisfaisante. Ilfaut faire appel à des matériaux spécifiques absor-bants pour certaines parois (pièges à sons), réflé-chissants à d’autres emplacements.

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Le béton isole des bruits et participe à l’acoustique interne (un conser-vatoire de musique et l’opéra de la Bastille).

Au centre de Toulouse, les bruits de la rue et leurs décibels.

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■ Les aspects réglementaires

Des arrêtés, remis à jour périodiquement, fixent lesisolements minimaux pour les bruits extérieurs etintérieurs pour les différentes catégories de locaux.En ce qui concerne les logements, l’isolementdemandé vis-à-vis des bruits extérieurs (spectreroute) est d’au moins 30, 35, 40 ou 45 dB(A) selonles zones d’exposition.Pour les bruits intérieurs, le degré d’isolement pourun bruit rose de 86 dB(A) est fixé à 54 dB(A) dansles pièces principales et à 51 dB(A) dans les cui-sines et salles d’eau.Le niveau de pression mesuré dans la pièce deréception, lorsque l’on produit des bruits d’impactavec la machine à chocs normalisée, ne doit pasexcéder 61 dB(A).La réglementation introduit aussi les bruits d’absorp-tion qui font l’objet de spécifications.

Le label « confort acoustique » prévoit des niveauxd’isolement améliorés de 5 dB(A), par rapport auxseuils réglementaires, selon les pièces considérées.Les seuils fixés varient entre 56 et 59 dB(A).

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SEUILS DE PRESSION ACOUSTIQUEET DEGRÉ D’ISOLEMENT DES LOGEMENTS

Réglementaires (NRA 1995)

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Dans la mémoire collective et le subconscienthumain, le feu reste encore de nos jours, un fléauredouté, cause de paniques et de pertes importantesen vies et en biens.1. Tous les acteurs de la construction se doivent

d’employer les meilleures parades tant législativesque constructives et les meilleurs matériaux pourle combattre et limiter ses effets dévastateurs.

2. Les interventions des sapeurs-pompiers s’élèventà près de 3,230 millions en France ; 9,95 % concer-nent les incendies (5 % en Région parisienne).

La répartition des sinistres par activités est à rap-procher du nombre de victimes.On note une évolution préoccupante du nombre desinterventions et des victimes dans les établissementsd’habitations et les bureaux (50 140) ainsi que dansles établissements industriels et entrepôts (12 000).Selon l’APSAD 75 % des entreprises sinistréesdéposent leur bilan.Le coût direct des incendies s’élève à 15 milliards defrancs. Les causes des incendies sont qualifiées denaturelles ou d’accidentelles. On retiendra que sou-vent un facteur humain est à l’origine du sinistre.Dans le milieu industriel, la malveillance est en pro-gression.Pour lutter efficacement contre le feu, la législation aimposé des réglementations. Un accroissement desexigences portant sur la conception des bâtiment et

9.3 Sécurité en cas d’incendie

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6 217 5 663 6 280

E.R.P.

Habitations - bureaux

Locaux industriels

Entrepôts - docks

Véhicules

Forêt - landes - broussailles

Feux de cheminée

Autres

Nom

bre d

'ince

ndies

Nombre d’incendies selon les activités en 1997

Personnes Blessés Blessésdécédées graves légers

Etablissements19 18 217recevant

du public

Habitations, 150 318 1 980bureaux

Locaux 2 24 152industriels

Entrepôts - 1 6 35docks

Véhicules 446 2 645 12 129

Feux de forêt 8 21 91

Feux de 3 25 114cheminées

Autres 37 70 688

Totaux partiels 220 482 3 277

Répartition du nombre des victimes d’incendieen France, en 1997, (hors BSPP – BMPM)

En ce qui concerne le béton, son caractèreincombustible est une évidence. Il faut, en outre,souligner sa faible vitesse d’échauffement. Sou-mis à une température correspondant à celled’un incendie, le béton n’atteint au bout d’uneheure que 350 °C à 3 cm de profondeur et100 °C à 7,5 cm. Ces températures sont très endeçà de celles pour lesquelles les caractéris-tiques du matériau sont affectées de façon sen-sible (environ 600 °C). Elles montrent l’efficacitéde la protection assurée par une paroi en béton,aussi bien du point de vue de sa stabilité que dela propagation du feu. Le béton armé, moyen-nant un enrobage suffisant des armatures,constitue donc une solution économique et sûredans la réalisation de structures résistant au feuet de parois jouant un rôle coupe-feu.

statistiques en cours

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notamment ceux recevant du public et des tra-vailleurs, actualise les règles et les contrôles tout enprécisant les responsabilités. Des normes et essaiscomplètent le dispositif, permettent les classementsdes matériaux et intègrent les évolutions technolo-giques et exigences européennes.

Les directives européennes

Le 21 décembre 1988, une directive du Conseil descommunautés européennes, « Directive Produits deConstruction » a mis en exergue tout l’intérêt deslégislateurs Européens pour arriver à terme à uneharmonisation des règles afin d’aboutir à une librecirculation des produits.Six exigences essentielles ont été retenues. Parmielles, la sécurité en cas d’incendie doit être prise encompte pour la bonne construction d’un ouvrage.Un ouvrage doit être conçu et construit de manièrequ’en cas d’incendie :1. La stabilité des éléments porteurs de l’ouvrage

puisse être présumée pendant une durée déter-minée.

2. L’apparition et la propagation du feu et de lafumée à l’intérieur de l’ouvrage soient limitées.

3. L’extension du feu à des ouvrages voisins soientlimitée.

4. Les occupants puissent quitter l’ouvrageindemnes où être secourus.

5. La sécurité des Équipes de secours soit prise encompte.

Des normes d’essais et de calcul permettront la véri-fication des performances des différents élémentsde construction.

Principes de la réglementation incendie

Si la réglementation française vise essentiellement àassurer la protection des personnes, on retiendraque les assureurs préconisent des mesures propresà protéger les biens.Les grands principes tendent à :– limiter les risques d’éclosion du feu ;– limiter la propagation de l’incendie ;– évacuer les personnes en danger ;– faciliter l’intervention des secours.Des règles constructives assorties de prescriptionsde sécurité concernent les bâtiments neufs à modi-fier et aménager.Elles s’appliquent aux :– établissements recevant du public (ERP) ;– immeubles de grande hauteur (IGH) ;– bâtiments industriels et bureaux (code du travail) ;– installations classées pour la protection de l’envi-

ronnement (ICPE) ;– garages et parkings ;– bâtiments d’habitation qui sont répartis en quatre

familles (les mesures de sécurité augmentent enfonction de la hauteur).

En ce qui concerne les (IGH) immeubles de grandehauteur (plus de 50 m pour les habitations, 28 mpour les autres bâtiments), le règlement est plus exi-geant en matière de compartimentage, et de stabi-lité pour éviter la propagation du feu.Les dispositions concernant le dèsenfumage sontégalement bien précisées pour les IGH et les ERP.Les fumées présentent en effet, une double action :la toxicité et l’opacité. Il est donc nécessaire, dansles locaux réunissant de nombreux occupants, deminimiser le rôle direct qu’elles jouent en créant uneréaction de panique par manque de visibilité pour lesoccupants, et en gênant les interventions dessecours.Une notion globale de système de sécurité incendiea été introduite dans le règlement de sécurité.

Connaissance du feu - développement de l’incendie

Le feu est un phénomène dynamique compliqué quipeut conduire à la destruction d’un bâtiment.

ÉCLOSION + PROPAGATION = DESTRUCTION

De cette constatation et de la connaissance desphénomènes, découle l’essentiel des mesures desécurité incendie.Trois composants sont nécessaires au développe-ment du feu :– le combustible (les matières) ;– la source d’énergie (une flamme) ;– le comburant (l’air).La combustion d’un incendie passe par plusieursphases :– allumage ;– initiation ;– embrasement ;– combustion ;– décroissance.

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Un bâtiment ne pourra être efficacement pro-tégé en cas d’incendie que si et seulement si lesstructures offrent des garanties de stabilité suf-fisamment longtemps pour permettre la mise enœuvre des matériels des sapeurs-pompiers.Sans cela, l’action de ces derniers sera inopé-rante, ils ne pourront pas pénétrer à l’intérieur entoute sécurité afin de maîtriser le feu au plus viteet protéger ainsi les biens et points névralgiquesde la vie de l’entreprise et au sauvetage des per-sonnes qui n’ont pu être évacuées

Brigade des sapeurs-pompiers de Paris. Studio AB SAT, Saint-Denis, 1997.

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La propagation du feu se fait par l’inflammation descibles exposées à la chaleur du premier foyer,lorsque celles-ci atteignent à leur tour la températu-re d’allumage. Au cours de cette phase, les maté-riaux de revêtement des murs et des plafonds sontles plus exposés et participent au développement dufeu selon leur degré d’inflammabilité.L’embrasement généralisé d’un local correspond àun régime stationnaire de combustion, qui nedépend plus que de la quantité de combustible et dela dimension des ouvertures. Tous les matériauxthermodégradables présents entrent en combustion.Les flux thermiques engendrés deviennent dange-reux, à la fois pour les personnes et pour les biensmatériels.

Mode de propagation du feu :– conduction ;– rayonnement ;– convection.

Dans la phase de démarrage, il y a inflammationdes matériaux combustibles situés à proximitéimmédiate du foyer initial. Cette phase est fonctiondu volume du local, du débit d’oxygène, de la quan-tité de matières combustibles et de leur degré deréaction au feu. Le comportement au feu

Le code de la construction et de l’habitation(art. R 121-1) prévoit une classification des maté-riaux et éléments de construction en fonction de leurcomportement en cas d’incendie.Deux critères sont ainsi appréciés :– la réaction au feu c’est-à-dire l’aliment qui peut être

apporté au feu et au développement de l’incendie ;

247

allumage

initiation

inflammationignition

développementdes fumées,des flammes etde la chaleur

destructiondes structures

embrasement(flash over)

combustion

refroidissement

extinction

temps

tem

pér

atur

e

risques

Développement d'un incendie et risques

C’est à ce stade qu’il est particulièrementimportant que les matériaux utilisés pour les parois présentent des caractéristiquespropres à maintenir la stabilité de l’ouvrage,d’une part, et à empêcher le passage desflammes et de la fumée, d’autre part. La résis-tance au feu est la caractéristique qui permetd’apprécier le comportement des matériauxface à ces phénomènes.

conduction

tiragetirage

rayonnementrayonnement

conv

ectio

n

gaz chaudsgaz chauds

écran

Un bâtiment a été sauvé grâce au mur coupe-feu en blocs de béton.

La propagation du feu a étépossible. Elle s’est faite parrayonnement et transportdes gaz chauds

Feu dans un entrepôt de stockage de mobilier en plastique

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– la résistance au feu, c’est-à-dire le temps pen-dant lequel les éléments de construction peuventjouer le rôle qui leur est dévolu malgré l’action del’incendie.

Le classement des matériaux est déterminéconformément à l’arrêté du 30 juin 1983 du Ministrede l’intérieur.Il concerne les matériaux de construction finis et les revêtements appliqués sur leurs supports (pan-neaux, plaques, films, feuilles, tubes, etc.).

Les matières premières ne sont pas concernées.Les matériaux sont classés en deux groupes ; com-bustibles et incombustibles et cinq catégories M0 àM4 et non classé.Les quantités de chaleur dégagées et la présenceou l’absence de gaz inflammables permettent cesclassifications.On retiendra que selon des statistiques officielles, etl’analyse de scénarios de feu en habitation, 15 %impliquent des mousses et produits de synthèse etque les décès sont dus pour 80 % aux dégagementsde gaz et de fumées.

La résistance au feu

La réglementation est basée sur la conception debâtiments susceptibles d’empêcher la propagationd’un incendie et qui ménagent des cheminementsd’évacuation pour les occupants : c’est le principe ducompartimentage des locaux. Le code de la construc-tion et de l’habitation précise l’objectif à atteindrepour la classification de la résistance au feu.

L’arrêté du 3 août 1999 mis en application du codeprécise les critères retenus pour les éléments deconstruction.La classification est établie en tenant compte dutemps pendant lequel sont satisfaites les conditionsimposées relatives à :– la résistance mécanique ;– l’isolation thermique ;– ces deux critères cumulés.Aussi, selon les fonctions particulières et le rôlequ’est appelé à jouer au cours d’un incendie un élé-ment de construction, son classement peut releverde trois catégories.1. Classement de stabilité au feu (SF)

Le critère de résistance mécanique est requis, onmesure le temps pendant lequel un ouvrage struc-turel (poteau, poutre, voile, etc...) ou un élémentde construction soumis à une charge assurentleur fonction sans s’effondrer.

2. Classement pare-flammes (PF)Les critères de résistance mécanique et d’étan-chéité aux flammes et gaz chauds ou inflam-mables sont requis (paroi, cloison, porte, etc...).

3. Classement coupe-feu (CF)L’élément testé doit répondre aux trois critères(résistance mécanique, étanchéité aux flammeset gaz, isolation thermique).

Classement de résistance au feu

Les essais au four sont exécutés sur des élémentsde construction mis en œuvre dans les conditionshabituelles d’utilisation, en fermant une face d’unfour. A l’intérieur du four, la montée en températureest assurée de façon conventionnelle.

Méthodes de classification

Les degrés de résistance au feu des éléments deconstruction sont déterminés par l’une desméthodes suivantes :1. A la suite d’essais conventionnels, isolés ou de

gamme ;2. A la suite d’essais conventionnels assortis d’es-

sais complémentaires ;3. Après avis du CECMI, à la suite d’essais semi-

naturels ou naturels ;

248

Classement de réaction au feu

Incombustible M0 Bétonmortier

Combustible M1 non inflammableM2 difficilement inflammableM3 moyennement inflammableM4 facilement inflammableNC non classé

Les bétons, les mortiers de ciments et de chaux sont par nature incombustibleset classés M0

Évolution Européenne -Classement de réaction au feu

Dans un but d’harmonisation, la CommissionEuropéenne a adopté en 1999 un système declassement en réaction au feu des produits deconstruction.Six euroclasses allant de A à F des matériauxles moins combustibles aux plus combustiblespourront remplacer le classement français deM0 à M4.

Nota : le béton est les mortiers resterontencore incombustibles – classement A.

Essai de plancher béton sur four horizontal

NotaLes gaines et conduits se voient attribuer un classe-ment PF ou CF de traversée de paroi.

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4. Par extension à un procès-verbal antérieur ;5. Par le calcul selon des méthodes agréées après

avis du CECMI, telles que les normes ;6. Par application des normes ou de l’Eurocode

agréés après avis du CECMI entérinant des pro-cédés de fabrication ;

7. Par un processus mixte, dans lequel par exempleles durées de satisfaction aux critères d’isolationet d’étanchéité sont déterminées expérimentale-ment et la stabilité est évaluée par le calcul soitdirectement, soit à partir des températures mesu-rées lors d’un essai ;

8. Par analogie à des cas antérieurs dont les labora-toires ont connaissance (dispositifs ou systèmesbanalisés).

CECMI : comité d’étude et de classification desmatériaux et éléments de constructionpar rapport au danger d’incendie.

CSTBlaboratoires agréésCTICM }GERBAM

CERIB : centre d’études et de recherches del’industrie du béton.

La prévision du comportement des structures en béton

Les impératifs de stabilité d’un ouvrage en cas d’in-cendie ont conduit à prévoir le comportement desstructures soumises aux effets du feu et les moyensde les calculer.Les normes ont été élaborées pour répondre à cebesoin pour les différents matériaux constitutifs :béton, acier, bois. La prévision par le calcul du com-portement au feu des structures en béton fait l’objetde la norme P 92-701 (DTU feu béton).Le principe de justification des structures bétonrepose sur le calcul aux états limites ultimes derésistance, en affectant les contraintes d’un coeffi-cient minorateur dépendant de la température attein-te dans la section considérée.Les températures mesurées dans le béton montrentleur rapide décroissance en fonction de l’éloignementde la surface exposée au feu : après une heure d’ex-position, 500 °C à 1,5 cm, 350 °C à 3 cm et 100 °C à7,5 cm de profondeur. Lorsque l’on sait que le bétondispose encore de 50 à 60 % de sa capacité de résis-

249

CLASSEMENT DE RÉSISTANCE AU FEU DES ÉLÉMENTS DE CONSTRUCTION

CRITERES A SATISFAIRE éléments concernés

Classement stabilité étanchéité aux Isolationmécanique flammes et aux gaz thermique

Stable au feu (SF) X PoteauxPoutres

Pare-flammes (PF) X X Blocs-portesMurs et cloisons

Coupe-feu (CF) X X XMurs et cloisonsPlanchers

exemple : un poteau ayant satisfait au critère de résistance pendant 1 h 10 sera classé degré stable au feu 1 h (seuil directement inférieur à celuiobtenu lors de l’essai. Les classements après essais sont exprimés en degrés et en durée 1/4 h - 1/2 h - 3/4 h - 1 h - 1 h 30 - 2 h - 3 h - 4 h - 6 h.

100

300

500

700

900

1100

1300

°C

1/2 1,1/2 321 4

heures

Évolution des températures selon la courbe ISO 834

Considérations pour le concepteur sur lesnotions de résistance au feu :1. Les degrés de résistance au feu déterminés

par le programme thermique normalisé nereprésentent pas le temps réel de résistan-ce au feu de ces éléments lors d’un incen-die. Ils ont uniquement pour but de classerces éléments les uns par rapport aux autres.

2. La résistance au feu exigée pour les élé-ments de structure vise uniquement à per-mettre l’évacuation du public et des tierséventuels situés dans le même bâtiment.Elle ne prétend pas assurer la sauvegardede l’immeuble après l’évacuation.

3. La stabilité au feu de la structure doit êtremaintenue en permanence

Les maîtres d’œuvres peuvent utiliser deséléments de construction ayant une résis-tance supérieure pour obtenir une meilleureconservation du bâtiment.Dans tous les cas le béton satisfait à ces consi-dérations.

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tance à 600 °C – ce qui constitue un avantage parrapport à l’acier qui, à cette température, présente unaffaiblissement de ses caractéristiques mécaniquesde 75 à 80 % –, on peut en conclure que la stabilitéd’une structure est, dans la plupart des cas, assuréependant une durée largement suffisante à une inter-vention et à l’évacuation des occupants. Exigencesessentielles de la réglementation.Le dimensionnement des structures, du point de vuede leur résistance au feu, est généralement délicat àdéterminer par le calcul. Dans la plupart des cas, onpeut éviter cette démarche en se référant aux résul-

tats des essais effectués sur des éléments de struc-ture types, qui permettent d’apprécier leur degré derésistance au feu. Pour les ouvrages particuliers, lecalcul peut s’avérer pratique.• Pour les planchers et les poutres, on a intérêt à

assurer la continuité de la transmission des effortspar des aciers disposés en partie supérieure,moins affectée en cas d’incendie.

• L’augmentation de l’enrobage des aciers est favo-rable à la stabilité au feu ; au-delà d’une certaineépaisseur, l’emploi d’un treillage de protection per-met de s’opposer à l’éclatement du béton.

250

CLOISONS ET MURS EN BLOC DE BÉTON NON ENDUITS

Dimensions Type deN° du PV d’essai

Référence de Date limite Degré Degré P.F. Degré Classe deUtilisationdes blocs bloc reconduction de validité C.F. résistance S.F. résistance

10 x 20 x 50 plein CSTB 92.33345 SF.DE.97.0477 12/05/2002 1 h 30 6 h - B 80 cloison20 x 20 x 40 plein CSTB 93.35280 6 h 6 h 6 h B 16020 x 20 x 50 perforé CSTB RS 97023 - juin 2002 6 h 6 h 6 h B 120 mur15 x 20 x 50 Creux 1 CSTB 85.22776 SF.TE. 96 0240 25/02/2001 1 h 30 3 h 4 h B 40 porteur

rangéed’alvéoles

15 x 20 x 50 Creux 2 CSTB 85.22031 SF.TE 95 560 19/06/2000 3 h 6 h 6 h B 40rangées

d’alvéoles

La structure s’est effondrée.

Le mur coupe-feu en blocs debéton 20x20x50, CF 4 h a par-faitement rempli sa mission.Le feu a été contenu dans seslimitesP

hoto

R D

osne

.

Les matériaux et éléments de construction cités ci-après constituent un guide. Ils ont été testés par les laboratoires agréés à la suite dedemandes d’industriels ou des centres de recherches dont le CERIB.

phot

o R

ené

Dos

ne

Pho

to B

SP

P

Pho

to B

SP

P

Dans les domaines du stockage industriel des matériaux inflammables et combustibles, le béton est un gage de sécurité fiable.

Avec le béton, le maintien des propriétés des structures est assuré. L’incendie reste limité à une zone ou un compartiment. Ce n’est pas le cas des autres matériaux.

Feu « entrepôts du port de Gennevilliers (92) »

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Les règles constructives

Pour l’ensemble des ouvrages en béton armé, cer-taines règles constructives générales facilitent laconception de structures aptes à satisfaire les cri-tères d’exigence de résistance au feu et leur confè-rent des degrés coupe-feu et stables au feu large-ment supérieurs aux exigences de la plupart desbâtiments.Les joints de dilatation conçus pour s’opposer auxpassage des flammes et des gaz doivent tenir comp-te des variations dimensionnelles provoquées parl’élévation de température en cas d’incendie.

251

En IGH, les planchers béton coupe-feu 2 heures évitent les catas-trophes

phot

o B

SP

P

En immeuble d’habitation, lesfaçades et ossatures béton assu-rent le respect facile du C + D et lanon propagation du feu aux étagessupérieurs.P

hoto

BS

PP

Évolution Européenne (résistance au feu)Un arrêté du 22 juillet 1997 du ministère de l’in-térieur a donné la possibilité d’utiliser lesEurocodes européens (prénormes) pour déter-miner par le calcul les degrés de résistance aufeu des éléments de construction.L’EC2 (règles de calculs des constructions enbéton) et en particulier la partie 1-2 (calcul aufeu) peut être appliquée.Performances futures : les critères retenuspar le CEN sont proches des critères français.Il convient de s’habituer aux nouveaux critères :R - E - I.R : capacité portanteE : étanchéité aux flammesI : isolation thermique.Les degrés en minutes sont pratiquement identiques.Exemple : un mur coupe-feu 2 heures sera classé REI 120.

DURÉE DE RÉSISTANCE AU FEU 1/2 h 1 h 1 h 1/2 2 h 3 h 4 h

Poteau exposé au feu sur les quatre faces 15 20 24 30 36 45

Poteaux exposé au feu sur une face 10 12 14 16 20 26

Dimensions minimales d’un poteau à section carrée (coté en cm) selon le degré de résistance au feu.


Épaisseur du mur (cm) 10 11 13 15 20 25

Enrobage des aciers pris en compte dans les calculs (cm) 1 2 3 4 6 7

Rappel : Les parois en maçonnerie de blocs creux présentent un degré stable au feu et pare-flammes de 6 heures et un degré coupe-feude 3 heures pour une épaisseur de 15 cm. (CF tableau précédent).

Règles simples concernant les murs porteurs

Les valeurs d’épaisseur et d’enrobage d’acier d’un mur en béton armé en fonction de la résistance au feuescomptée sont fournies par le tableau suivant.

Règles simples concernant les poteaux

L’évolution des températures à l’intérieur d’un élément en béton, en fonction du temps, de l’exposition au feu etde sa section, conduit à préconiser des sections de poteaux croissant avec la durée de résistance au feu envi-sagée. On constate qu’avec des sections usuelles (20 x 20 cm), les poteaux exposés au feu sur une facesont stables au feu pendant trois heures, ce qui est largement supérieur aux exigences des bâtimentsd’habitation (toutes familles) et de la plupart des autres bâtiments.

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Conclusion

Le béton permet la réalisation d’éléments deconstruction présentant la résistance au feu requiseavec des épaisseurs courantes sans surdimension-nement.Le béton est bien adapté aux exigences desimmeubles de grande hauteur et des établissementsrecevant du public ou, sous réserve d’un enrobagecorrect des armatures, il assure largement la résis-tance exigée pour les structures ou pour le compar-timentage.Les bâtiments préfabriqués à base d’éléments enbéton ont de par leur constitution un comportementtout à fait favorable à une bonne tenue au feu.Il convient de souligner que si la réglementation neprend en considération que la protection des per-sonnes, celle des biens, et donc des ouvrages, estdélaissée par le législateur. Il appartient aux assu-rances de prendre en compte le risque incendie. Lebéton, là encore, bénéficie des meilleures prises encompte, le maximum de réduction de la prime d’as-surance lui est accordé.Enfin, on notera que les bâtiments en béton, aprèsun incendie, offrent l’avantage de ne pas s’effondrer.De plus, par des moyens simples (réparation de sur-face par projection), il est généralement possible deles remettre en état rapidement. La reprise de l’acti-vité permet de limiter les pertes d’exploitation.

252

Même lorsque les aciers ont été mis à nu par le feu, la dalle debéton résiste.

Un bâtiment en béton même fortement endommagé par unincendie peut être rapidement remis en état.


Épaisseur minimale (cm) 6 7 9 11 15 17.5

Degré de résistance au feu d’une dalle plancher (aciers sur les appuis).

Les dalles pleines pour planchers

Pour les dalles isostatiques de planchers, dont les armatures au niveau des appuis sont prévus pour équilibrerles moments de flexion, l’épaisseur cumulée de la dalle et de la chape doit respecter les valeurs suivantes.

NotaLe calcul d’éléments de structure en béton (poteaux,poutres, dalles, etc.) est maintenant possible grâce aulogiciel CIM’Feu élaboré par le CSTB à la demande deCimbéton

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Crédit photographiqueA. Bérenguier, M.-C. Bordaz, BP (Bonn), Bruel & Kjaer, C2M, Calcia, CERIB, CF/L, H. Chapon, Chapsol,

Ciments Lafarge, Ciments d’Origny, Citec, Colla, Coverland, Cridofibre, Dumez, ELF, Feder, Feder Béton,FIB, E. Findji, D. Freppel, Photothèque Freyssinet, M. Gadreau, Archipress/Goustard, Hanry, Itinea, Lancy, LFI, Y. Mallier, Méridionale de Travaux, M. Moch, D. Morog, Noroma, Outinord, C. Parent, B. Perret, R. Pierry, Plâtres Lafarge, PPB, Prolifix, PTC, Ricard, P. Seisson, Setra, Sika, SNCF, Redland, Siporex, A. Tiberghien,

Thomann, TSA, Unibéton, VICAT, P. Voncken, VSL, Weber et Broutin, X… droits réservés.

Mise en page et réalisationAmprincipe ParisR.C.S. Paris B 389 103 805

PhotogravureAPS et Atelier André Michel

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Édition juillet 2001www.allislam.net

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