MIN1STRE DE L'.DUIPEMENT

LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSS.ES

p

La composition du bton hydraulique du laboratoire au chantier

J. BARON Docteur s Sciences

R. LESAGE Docteur d'Universit

Dpartement des btons et mtaux Laboratoire Central des Ponts et Chausses

- Action de recherche pluriannuelle (AR) 31 " Btons et liants hydrauliques.

- Fiche d'action lmentaire de recherche (FAER) 31 06 " Origine des micro fissures du bton et influence

sur les proprits mcaniques et rhologiques.

Jacques BARON n le 25 fvrier 1938

Ingnieur civil des Ponts et Chausses

Ren LESAGE n le 25 octobre 1928

Docteur de l'Universit Matre de confrence l'Ecole nationale des Ponts et Chausses Professeur l'Ecole normale suprieure de l'enseignement technique Conseiller scientifique de la section des btons hydrauliques

Entr au Laboratoire central en 1950 Inventeur du maniabilimtre LCL Charg des tudes sur le bton frais et sur les granulats pour bton. (qualit et comportement du matriau bton) du LCPC

Sommaire ___________ _

Rsum 3

Prsentation, par M. Ray 4

Chapitre 1 Bton frais 6

Chapitre 2 Proposition pour une dfinition de la maniabilit 13

Chapitre 3 Maniabilit et rhologie 25

Cnapitre 4

Chapitre 5 -

Bibl iograph ie

Vers une rgle de similitude pour la fabrication

des prouvettes

Mthode exprimentale de composition

Rsum en anglais, allemand, espagnol et russe

MINISTRE DE L'QUIPEMENT

LABORATOI RE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSES

58, boulevard Lefebvre - 75732 PARIS CEDEX 15

Tl.: (1) 53231 79 - Tlex: LCPARI 200361 F

DCEMBRE 1976

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40

51

52

Nos lecteurs trangers lrol/veront ce rlsuml traduit t ll anglais, allemand, espagnol et TfI!St en fin de rapport . Our readers wilL find this obs/ract ot the end of the report.

rsum Ut/sere Leser fil/den diese J(.usammelifassung am Ende des Berichtes. Nuestros it:ctores hallaritn este resumell al ,final det informe. P y CC Rlll mCI>cm (l H/ /OII}(tl / IIU Il O.lleu /CII 6 'i'OH/le oln'/ema.

On souhaite prvoir le compor tement du bton au cours de la mise en oeuvre d ans n'importe quelle condition pilrticul!re de chantier, 3 partir d ' essais de labo -ratoire bien codifis . Une prvision de porte g~nralc dev r ait tre fonde sur la connaissance des 101s scientifiques rgissant l ' coulement; elle parai t ac -tuellE'lllen t hors d ' atteinte . En r evanche , .me prlivislon limite, valable pour cer-taines compositions de bton et ~ertains procds de mise en oeuvre est tout a fait possible et utile . La dmarche d ' ensemble de cette tude est prsente dans le chapitre l et les diffrentes tapes sont dveloppes dans les chapitres s u i vants .

L'existence d'un domaine de prvls~on est une proprit du bton frais lorsque le dosage en lme n ts fins est voisin ti~ l 'optimlln. F.llp. correspond a l ' ex i stence d'une propri t approximativ ement !.:r::rinsque du bton frais , suffisante pour ca -ractriser son aptitude ~ tre mis en oeuvre: la maniabilit . Les fronti r e s d u domaine de prvision possible , c ' e.it. '}_dire du domaine C'>'~ lA nanlabilit cor r es -pond li une approximation utile , peuv.mt tr e tudies expl>rimentalement (:ha-pitrt:l II) .

Cette dfinition de la mani a bili; e!it J:.1cn sOr utilitaire ; mais elle est aussi scientifique par SOn aspir a t i on : la prv ision. Elle constitue u ne position d 'at-tente raisonnable tant que les lois !iclentifiques de l' coul emen t nou !> chappent . Un seuil de cisaillement , une Vi3cosit p lastique , peuvent t r e moins in tr insques que cette maniabilit HI l'li , cOlTUoe c'est ~ craindre, les hypothses fondamen tales de la rholoqie (continuit, concept de petit volume lmentaire) ne sont p lus satisfaites . Par ailleur s , dans les tentatives actuelles, la pondration relat i ve de l ' influence de chacune des caractristi~uee rh~oloqiques est souvent implic i te et toujours arbitr aire (chapitre Ill; .

A l ' intrieur du dorraine de prvision, o n peut ci\ractfriser tout pl;"ocd de mi se en oeuvre pa r une seule valeur : celle de la ~anj ~r. jlit~ critique. Cela fournit une rgle de similitude utile pour la fabricat ion des prouvettes . Lor sque cette rqle est applique, le bton le plu~ rsista~t sur ~prOuvette est aussi (en prin-cipe) le plus rsistant dans l ' ouvrage. Il n'y a plus de contradiction entre la recherche des meilleures rsistances et J es impl;ratifs de la mise en oeuvre ce qui contribue a concilier les JX)ints de vue de l ' rntrepreneur e t du matre d ' oeuvre (cha pi tre IV) .

Le meilleur bton est celui qui, dosage en eau con::;tant , est le plus man iable: cette condition permet de dterl"'l: . l"'er cxprimcnta l ell"ent les proportions relatives des constituants solides. Sa ma n '.abi ~ . itt'! floit tre j uste Eupr ieure " la man i abi -l i t critique, caractt'!r lstique d e s c

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PRSENTATION

M. RAY

Che/de la section des btons hydrauliques Laboratoire central des Ponts et Chausses

1.0 mi..6e au point de mthode!.> de c.ompol.J~ti.en de btoM hudltauliQue!.> de!.>tine!.> (( tJtouvelt .l'.e "meM'..I'.eUlt" bton a t un l.Jujet de pltdi.tec.on pOUlt .l'.e!.> inRnleuM de .l'.aboltatoilte!.> de nomblteux payl.J. C' el.Jt auMi Wl l.Jujet qui dC'fli1e lieu ?i. de!.> lti5awoM plte!.>que paMionneUe!.>, c.hac.un tant c.haudement paJtfuan d'une cy}tta{.ne manlte de ~cUJte.

Cette ltedteJtc.l,e de .l'.ct compatii maximaL:. doit ;tou;teo~~ p,'l.end,'l.e en c.ompte .ta pOMibiW de. m2f.t,~('. el1(cJ:r:e riZ. bite:". daM Mn c.o1~ltaq2. et donc. .l'.'adaptelt aux mOljeM ewtantI.J de In-u.,e en p-laceet de ,~u-vwge du bton. L'on n'a mallteulteul.Jemen.t pM enc.olte tJtouv fe!.> moueM ma;Cc,e;J., de meLtlte en p.l'.ac.e, en toute!.> wc.Jnl.danc.e!.>, .l'.e bton avec. une quantit d'eau ju~.ti2 6U,) ~i5 c:r~te ,';. .["lIjd!t,to;t{.on totale du ctmen.t et i.l'. e~t donc. nc.e!.>l.Jailte d' avoilt un mouen de me!.>ulte d'une c.OJto.c.tll.tique du btail 1ltl!.> lteYlltMntaUve de Mn c.ompolttement v-?i-v~ de!.> mouenl.J ltab~eUement utiel.J.

DaM .l'.e pltl.Jent ltappOltt, fe6 auteuM eX;JJtimej(,t .l'.e!.> ltl.JuUatJ.J obte.nM en c.e domaine au c.OUl1J.l d'une dizaine d'anne!.> d'expJwnentatioal.J et .l'.el.J id.el.J qui en Mnt l.Jue!.>. Son intJtt e!.>l.Jen-tie.l'. e!.>t de montJteJt li queUe!.> c.ondition\ et daM que.l'.fe!.> .l'.imite!.> .l'.e .l'.aboltatoilte peut donneJt au dtantieJt de!.> .ndc.aUoM I.JJtel.J l.Jult f,1 1oltlnu.fe dlt bton. Un aubte .lte.ltt, e!.>t .l'.a de!.>c.Jtip-tion de .l'.a mthode expllimenta.e.e de c.ompotion. L' oJRinalit de c.et.te mthode poJt.te I.JUIt deux pointI.J :

- EUe c.ompoltte une Itec.heltc.f!e expJtimenta.telndiJtecte de fa c.ompaci..t pM .l'.'inteJtmr.diailte de. fa manoiM du c.ltantieJt. Le c.Mac.tlte bi -un btoM habitueR!.> a, au r:JIt(5afabRe, t eXYlltimen,ta.l'.ement vltikLe pM un tJtl.J girond nomblte d'e!.>M~w.

- EUe donne en mme templ.J que .l'.a c.ompo,~itio,l optimo.1.e, fa l.JeMibit de c.ette c.ompol.Jilion aux vMiatioM de .l'.a c.ompo,~ilion Rltanu.l'.omtJtlque et du dOl.Jage en eau.

Ce deJtn c.adenc.e!.> d' exc.ution ac.tue.UeI.J, de .l'.anc.eJt de!.> ~abltic.aUoM impolttant~~ MM Mvoilt queUe!.> Mnt .l'.e!.> c.OIt6quenc.e!.> deI.J va~i.a.t{oM de dOMRC. et dalle. .l'.el.J wque!.> Y.Jw en c.ompte v-li -v~ del.J c.Mactltil.Jtiquel.J du bton ~lta.~ ou dUile

de;, c.OJlactWUque;, te;, mO-

6

RSUM

L'opinion suivant laquelle il faut trouver un compromis entre la maniabilit et la rsis-tance mcanique du bton est trs rpandue.

L'accent est mis dans J'article sur la possi-bilit, dans certaines conditions, de considrer la facilit de mise en place et la qualit du bton comme compatibles.

Une dfinition de la maniabilit est donne, valable dans un certain domaine de dosages en ciment et de modes de mise en uvre.

Les applications sont une mthode de composition des btons et une rgle de simili-tude qui permet d'tablir un lien entre la mise en uvre du bton dans les prouvettes et dans J'ouvrage.

Mots cls : 32. Bton frais - Bton hydrau-lique - Maniabilit - Laboratoire - Chantier -Composition du mlange - Porosit.

CHAPITRE 1

Le bton frais

Extrait du Bulletin de Liaison des Laboratoires des Ponts et Chausses n 84 de juillet-aot 1976.

L A plupart des laboratoires de gnie civil o'nt com-menc leurs tudes sur la mise en place du bton frais au cours des annes 50. A cette poque, il y avait entre l'homme de chantier et l'homme de labo-ratoire un malentendu prjudiciable la qualit des ouvrages. En caricaturant un peu on peut dire qu' force de rquire la porosit des prouvettes on aug-mentait fortement le risque d'avoir des cavernes catas-trophiques dans les ouvrages car le bton idalement compact devenait impossible mettre en uvre.

Depuis cette date, les recherches faites dans ce domaine sont trs nombreuses; elles nous ont appris beaucoup sur le comportement du bton frais; les connaissances sur l'coulement des ptes de ciment ont mme atteint le niveau des lois scientifiques. Au LCPC toutefois, notre premier objectif fut de rapprocher le point de vue du laboratoire de celui du chantier, en matire de compo-sition de bton, de sorte que le bton jug le meilleur en laboratoire soit galement le meilleur sur chantier.

LE MANIABILIMETRE LCL (Laboratoire central -Lesage)

Cet appareil de conception empirique vise repro-duire, en laboratoire, les conditions de mise en place du bton par vibration usuelles sur les chantiers de gnie civil et de btiment.

En tant que dispositif de simulation, le maniabilimtre LCL prsente l'avantage d'tre raliste : la vibration sert compacter le bton mais galement le dpla-cer; bien que ce ne soit peut-tre pas recomman-dable, il en est souvent ainsi en pratique.

En tant qu'appareil de reprage d'une consis-tance par mesure d'un temps d'coulement, il prsente l'avantage de fournir une indication sensible et reproductible pour une tendue impor-tante des dosages en eau dpassant largement, vers les valeurs faibles comme vers les valeurs fortes, les dosages en eau normalement utiliss en pratique.

Ces avantages furent dterminants dans toutes les tapes de notre recherche.

Le principal inconvnient du maniabilimtre b-ton est d'tre lourd (110 kg) ; il existe un mania-bilimtre mortier, rduction du prcdent l'chelle 1/3, trs commode pour les tudes. Ces deux appareils font l'objet d'un mode op-ratoire du ministre de l'Equipement [1].

POROSITE ET CONSISTANCE [2]

Autant de consistances que d'appareils de re-prage

Le maniabilimtre LCL mesure la maniabilit du bton hydraulique, du moins si on entend par maniabilit une proprit intrinsque du mat-riau. Nous dirons seulement que l'appareil mesure une consistance du bton frais c'est--dire une proprit technologique, destine, certes, compa-rer l'aptitude l'coulement et la mise en place du bton frais mais qui n'est dfinie avec prcision que par rfrence l'appareil qui sert la reprer (l).

En raison de cette dfinition on ne peut pas par-ler de la consistance d'un bton mais seule-ment de sa consistance LCL ou encore, et avec autant de raisons, de sa consistance d'Abrams, de sa consistance VB (du nom de l'inventeur de l'appareil V. Biihrner), de sa consistance Glan-ville, etc.

Mme conventionnelle, la consistance est utile

Une consistance du bton peut tre repre en laboratoire avec l'un ou l'autre de ces appa-reils. Mais cette proprit n'est pas intres-sante en elle-mme; elle n'intresse le construc-teur et le matre d'uvre que dans la mesure o la qualit du bton dans l'ouvrage est influen-ce par les difficults de mise en place. S'il n'y a pas assez d'eau, si la consistance est trop raide, alors gare aux cavernes! S'il y a trop d'eau, si la consistance est trop molle, alors gare aux faibles rsistances! Dans les fascicules du ca-hier des prescriptions communes (CPC) et du cahier des prescriptions spciales ( l'ouvrage) (CPS), la qualit du bton est en gnral carac-trise par sa rsistance mcanique en compres-sion. On sait depuis Fret (A. P. et Ch. 1892) que cette rsistance dpend surtout, lorsque la na-ture des constituants est donne et lorsque le

1. Notre dfinition de la consistance est diffrente de celle qu'ont utilise des auteurs comme M. Duriez et R. Peltier. Ils distinguaient une proprit statique mesure par l'affais-sement au cne et une proprit dynamique mesure par le temps d'coulement sous vibration dans le maniabilimtre. Dans la logique propre notre dmarche, il ne nous a pas paru ncessaire de maintenir tte distinction.

dosage en ciment est fix, de la teneur en eau et" en vides du bton en place. Nous appellerons porosit (2) du bton frais la proportion volu-mique de l'air et de l'eau dans le bton en place (3).

En pratique, le dosage minimal en ciment impos par les rglements est trs gnralement celui retenu pour l'tude; par ailleurs le choix des constituants est fortement orient par les consi-drations conomiques locales. Le rle du labo-ratoire est donc surtout d'aider le matre d'uvre et le constructeur obtenir le bton le moins poreux en place. Pour cela il doit tenir compte des moyens de mise en uvre du chantier. Depuis longtemps l'homme de laboratoire en tient compte d'une faon intuitive en se fondant sur les rsultats donns par l'appareil de reprage de consistance dont il dispose et sur son exp-rience.

Porosit et consistance : un compromis?

Afin de rapprocher les points de vue du labo-ratoire et du chantier, beaucoup de praticiens ont exprim l'ide qu'il fallait trouver u'n compro-mis entre porosit et consistance. Cette ide de compromis, si elle est de nature apaiser les esprits au cours d'une ruriion est, en revanche, trs peu commode prciser en laboratoire. D'ail-leurs, dans certaines conditions, consistance et porosit n'apparaissent pas comme deux carac-tristiques contradictoires (c'est--dire telles que ce qui amliore l'une nuit l'autre) mais, au contraire, comme deux caractristiques troite-ment relies, en sorte qu'un changement de com-position qui diminue la porosit amliore du mBme coup la consistance. Ainsi, dans l'appareil Glan-ville, appel aussi compacting factor appara-tuS [2], c'est la mesure du poids de l'prou-vette qui fournit un reprage de la consistance.

Considrer la porosit et la consistance comme deux proprits compatibles dans certaines condi-tions est un changement de perspective par rap-port la manire habituelle de penser. Nous pensons utile de montrer ici avec plus de pr-cision en quoi il consiste et pourquoi il est pos-sible,

Partons d'un bton trop mouill (fig. 1) et dimi-nuons progressivement son dosage en eau. La consistance, qu'elle soit repre par un temps d'coulement ou par affaissement au cne, par exemple, varie de faon monotone; au contraire, la porosit, mesure aprs une mise en place dfi-nie, passe pal' une valeur minimale. D'un ct la porosit augmente progressivement au fur et mesure que le dosage en eau augmente; de l'autre, elle augmente brutalement parce qu'il n'y a pas assez d'eau pour permettre une mise en place satisfaisante et qu'il subsiste des vides em-plis d'air.

2. La porosit du bton est la porosit inter-granulaire ind-pendante de la porosit propre aux granulats.

3. Dans notre premire publication [2] nous utilisions la notion de compacit qui a l'avantage d'tre plus parlante. Nous l'avons abandonne aprs nous tre aperus qu'il existait dans la littrature deux dfinitions diffrentes de la compacit, l'une comptant comme vides les espaces emplis d'eau l'autre les comptant comme pleins.

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Dosage en eau (11m 3 ) 130 140 150 160 170 180 190 200 210

0r-----r--T--,-~--~~~~~~~~~

5

10

15 20

25 30

Consistance X (par ex. "LCL en s) Dosage en eau !11m 3 )

o ~ ____ 1~3=0~1~40~~lT50~1,6=0~1,7~0~1~80~~19TO~2~0~0~2~1~0~_

0,2

0,4

0,6

0,8

Porosit du bton en place

Fig. 1 - Les deux moyens d'atteindre exprimentalement le sommet c'est--dire le bton de porosit minimale et de rsistance maximale.

Nota : Nous avons invers le sens de l'axe des porosits afin de mieux illustrer l'ide de sommet il atteindre.

Ces faits bien connus permettent de distinguer deux cas: - lorsqu'il y a trop d'eau, plus le bton s'coule facilement, et plus il est poreux aprs mise en place; porosit et consistance apparaissent comme deux proprits contradictoires entre lesquelles il faut chercher un compromis; -- lorsqu'il n'y a pas assez d'eau, plus le bton s'coule facilement et moins il est poreux aprs mise en place ; porosit et consistance apparais-sent alors comme deux proprits qu'il est possible d'amliorer simultanment.

Pour simplifier notre discussion, nous admettrons (provisoirement) que les essais sont faits en laboratoire dans des conditions identiques celles du chantier. Cela admis, la composition vise par tous les praticiens du bton hydraulique est celle donnant la porosit minimale du bton en place et correspondant donc au sommet de la courbe donnant la variation de la rsistance en compression en fonction du dosage en eau. Bien sr, pour des raisons de scurit, on prfrera se situer non pas au sommet mais lgrement en dessous du ct de l'eau en excs car la chute de rsistance due un d'osage en eau insuffisant est catastrophique. De toute faon, la composition vise se dfinit par rapport au sommet de la courbe et c'est ce sommet qu'il faut trou-ver exprimentalement (1 ).

Pour expliquer la dmarche de cette recherche, le plus simple est de garder l'image prcdente du sommet. Chacun peut choisir la face par la-quelle il entreprendra l'ascension, l'important est d'atteindre le sommet. La face que nous avons choisie est celle qui rend compatibles les amliora-

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tions de porosit et de consistance. Ce 'n'est pas la face habituellement pratique mais elle a pour-tant des avantages qui vont maintenant appa-ratre car il va nous falloir renoncer l'hypothse suivant laquelle il est possible de mettre en place le bton au laboratoire dans les mmes conditions que sur le chantier.

LA MANIABILITE ET SON DOMAINE OPERATIONNEL

Un domaine oprationnel o la prvision soit possible

Abandonnons, le temps de ce paragraphe, notre recherche du sommet , de la porosit minimale en place, afin de nous doter d'une mthode d'escalade. Nous souhaiterions pouvoir dire avec certitude qu'un bton s'coule plus facilement qu'un autre ou, qu'aprs mise en place, sa poro-sit sera plus faible que celle d'un autre bton. Le lecteur pensera sans doute qu'il suffit pour cela de faire les essais! mais c'est justement maintenant que nous devons prendre en compte l'impossibilit pratique de mettre le bton en place au laboratoire dans des conditions iden-tiques celles des chantiers de gnie civil et de btiment. Nous devons donc nous poser la ques-tion suivante : Est-il possible de choisir entre deux mlanges celui qui se mettra le plus faci-lement en place sur chantier ou celui qui, une fois en place donnera le bton le moins poreux.

Compte tenu de notre objectif, cette question est fondamentale; or, il est possible d'y rpondre objectivement, c'est--dire, exprimentalement. On peut, en effet, faire varier les paramtres exp-rimentaux dfinissant les conditions de mise en place du bton et comparer les classements obtenus dans chaque condition d'essai pour dif-frents btons.

Domaine oprationnel autour d'un dosage en ci-ment remarquable

Nous avons commenc ce type d'tude en 1966, en faisant varier la frquence, l'amplitude de vibration, le procd mme de mise en place (par vibration ou simple chute) et le type de ma-laxeur pour la prparation des mlanges [2]. Cette premire tude tait surtout exploratoire. Nous l'avons reprise avec plus de prcision en fai'sant varier mthodiquement deux paramtres de compo-sition du bton : le dosage en eau et le rapport sable fin/sable gros [4]. Cette nouvelle tude nous a montr que la question pose pouvait

1. L'analogie avec l'optimum proctor est vidente. Elle avait d'ailleurs inspir la mthode Buisson en 1948 [3]. Cependant, cette poque on pensait que la teneur en eau ncessaire tait proportionnelle la surface spcifique du granulat et donc lorsqu'on ajoutait du sable, on ajoutait en mme temps et proportionnellement de l'eau ce qui faussait la dtermination de la proportion optimale sable/gravillon. La mthode Buisson conduit en principe aux mmes proportions relatives de consti-tuants solides que la mthode que nous proposons ici, si l'effet des variations de ces proportions est tudi teneur en eau constante. IJ faut remarquer que ce n'est qu' partir du moment o il a t possible de reprer la consistance avec un bonne prcision que l'on a pu s'affranchir des hypothses sur la relation entre le dosage en eau et la surface spcifique des grains.

avoir une rponse diffrente suivant les dosages en ciment des btons compars : - lorsque les dosages en ciment des btons compars sont voisins d'une certaine valeur (dont nous preCIserons plus loin la signification) (fig. 2), il est effectivement possible de choisir en laboratoire entre deux mlanges celui qui se, mettra le plus facilement en place, sur chantier ou celui qui, une fois en place donnera le bton le moins poreux ; - lorsque les btons compars sont nettement surdoss ou sous-doss par rapport cette va-leur de dosage en ciment et que les conditions de mise en place en laboratoire diffrent de celles utilises sur chantier (par exemple par 'les dimen-sions des coffrages), il n'est pas possible de faire ce choix avec une prcision suffisante.

0,4

0,2

o

e + v

1,0

C

e + v C+5+9

1,5

---=0,16 C + 5 + 9

0,3

e + v e + v

1.0 1,5 1,0 1,5 19 t

---=0,26 0,32 C + 5 + 9 C + 5 + 9

Fig. 2 - Le graphique suprieur donne la variation de la poro-sit (e + v) en fonction du dosage en ciment (c = 1 - s + g) ; tous les btons compars ont mme consistance (10 secondes au maniabilimtre LCL) et sont mis en place de la mme faon. La partie hachure montre les dosages en ciment situs l'intrieur du domaine oprationnel de la maniabilit. Les trois graphiques infrieurs donnent la variation de la porosit en fontion de la consistance (exprime en Ig tLCL) pour des btons sous-doss en ciment (graphique de drOite) surdoss en ciment (graphique de gauche) et, enfin, pour un bton l'intrieur du domaine oprationnel (graphique du milieu). On voit que ce n'est que sur ce dernier graphique qu'il y a une correspondance bi-univoque (encore qu'approximative) entre la facilit de mise en place (maniabilit, IgtLCL) et la qualit du bton en place (porOSit, e + v).

N os essais ont montr que la valeur de dosage en ciment autour de laquelle le classement est pos-sible est celle pour laquelle des btons d'gale consistance (par exemple de mme temps d'cou-lement LCL) mis en place dans des conditions identiques ont une porosit minimale. En d'autres termes, c'est la valeur optimale du dosage en ciment du point de vue de la composition du b-

ton lorsqu'on considre le ciment comme un simple produit de remplissage inerte.

De fait, pour le problme qui nous intresse ici, les proprits hydrauliques du ciment (prise et durcissement) n'ont pas tre prises en compte; l'important est d'avoir un dosage en lments fins permettant un remplissage opti-mal (1).

La logique de ce rsultat conduit penser qu'il s'agit d'une proprit gnrale :

Une condition ncessaire pour pouvoir choi-sir en laboratoire malgr des conditions de mise en place trs diffrentes, le mlange qui se mettra le plus facilement en place dans l'ouvrage est que les dosages en ci-ment et fines inertes des btons compars soient voisins du dosage donnant le rem-plissage maximal.

Domaine oprationnel et pratique

D'un point de vue pratique, il reste savoir si les dosages couramment utiliss sont voisins de cette valeur optimale. Cela nous parat vraisem-blable car alors que quelques exprimentateurs comme Faury et Joisel ont avanc que le dosage en ciment optimal tait infrieur celui nces-saire pour l'obtention des rsistances mcaniques, certains praticiens, au contraire, ont parfois trou-v utile de rajouter des lments fins inertes. En fait, le dosage optimal en ciment et fines inertes dpend probablement des conditions de mise en place ce qui expliquerait que certains dosages optimaux trouvs en laboratoire avec une mise en p,lace excessivement nergique soient particulirement faibles. Nous pensons qu'il se-rait utile d'entreprendre une recherche expri-mentale sur ce sujet.

Il faut reconnatre que, si le domaine des do-sages en ciment et fines inertes que nous venons de dfinir est centr avec prcision, en revanche les limites du domaine restent vagues. Il est difficile qu'il en soit autrement car ces limites dpendnt videmment de la plus ou moins grande ressemblance entre les conditions de mise en place au laboratoire et celles utilises sur chan-tier.

Si ces conditions taient rigoureusement les mmes, le domaine s'tendrait tous les dosages possibles en ciment; l'oppos, si les procds de mise en place utiliss en laboratoire n'ont rien de commun avec ceux du chantier (pal' exemple bton vibr en laboratoire, pomp sur chantier) il n'est pas certain qu'un domaine opra-tionnel existe. Notre tude ne dispense pas d'imi-ter en laboratoire les conditions de chantier, elle indique seulement quelles conditions une imitation imparfaite peut tre, malgr tout, ac-ceptable.

1. Pour le remplissage, le ciment et les fines inertes jouent un rle quivalent. Cela ne veut pas dire qu'on peut les chan-ger volume pour volume mme finesse gale car, pour ces lments fins, les, forces lectriques de surface ont une grosse importance. C'est pourquoi le dosage optimal en fines doit toujours tre dtermin exprimentalement dans chaque cas d'espce.

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Malgr cette imprcision nous pensons que cette notion de domaine oprationnel est utile car elle fournit un cadre l'homme de laboratoire pour valuer (au besoin, dans certains cas extrmes par quelques expriences complmentaires) dans queUe mesure il peut se fonder sur des rsultats de laboratoire pour tablir la formule de compo-sition du bton et dans quelle direction il doit chercher en cas de dsaccord flagrant entre ses rsultats de laboratoire et les observations faites sur chantier.

Simplifications l'intrieur du domaine op-rationnel

A l'intrieur de ce domaine, bien des difficults s'aplanissent et bien des contradictions dispa-raissent :

- en premier lieu tOU> les appareils usuels de reprage de la consistance classent les btons dans le mme ordre qu'ils soient fonds sur une mesure d'affaissement (cne d'Abrams), de rem-plissage (Glanville) ou de temps d'coulement (VB, maniabilimtre LCL) -- le bton s'coulant le pl us vite en labora-toire est aussi celui qui, sur chantier se met le plus facilement en place; - le bton le moins poreux en prouvette est aussi le moins poreux sur chantier du moins tant que le dosage en eau est infrieur la valeur op-timale correspondant l'une ou l'autre des condi-tions de mise en place en laboratoire ou sur chan-tier. Nous preCIserons cette limite da"ns le paragraphe suivant.

Dfinition de la maniabilit

Compte tenu de la cohrence des classements, les caractristiq ues technologiques de consistance prennent, l'intrieur du domaine, valeur de caractristique intrinsque du bton hydraulique. Nous appelons cette caractristique maniabilit et la dfinissons ainsi [5] :

La maniabilit est la proprit des m langes, reprable en laboratoire, qui per-met d~ les classer dans l'ordre des por~sits dcroissantes des btons qu'ils forme-raient dans l'ouvrage aprs un processus de mise en vlace donn.

L'nonc de cette dfinition peut sembler pre-mire vue trs loign de l'usage courant du moi (- maniabilit . En fait, il en est trs proche et il suffit, pour le montrer, de sortir de l'nonc deux prcisions essentielles pour la thorie mais qu'il n'est pas ncessaire de rpter en pratique chaque fois que l'on dfinit la maniabilit :

1 - la maniabilit est une proprit des m-langes, c'est--dire des btons avant toute mise en place; bien que la distinction entre bton et mlange soit toujours faite en Angleterre et en URSS elle n'est pas courante en France c'est pourquoi on dit que la maniabilit est une pro-prit des btons ;

2 - l'objectif pratique reste toujours la minimisa-tion de la porosit du bton en place c'est pour-ct uoi la maniabilit est dfinie par rfrence la porosit finale; mais il ne faut pas oublier que

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nous comparons ici des btons secs pour lesq uels une amlioration de la facilit de mise en place entrane une plus faible porosit et, rciproque-ment une plus faible porosit est la preuve d'une plus grande facilit de mise en place.

Si ces deux points sont admis la dfinition pro-pose plus haut revient celle-ci, plus proche de l'usage courant :

La maniabilit est la proprit des btons qui permet de les classer prvisionnellement en la-boratoire suivant leur facilit de mise en place sur chantier et leur porosit dans l'ouvrage.

Bien entendu cette dfinition n'est valable qu' l'intrieur de son domaine oprationnel, domaine qui, comme indiqu plus haut, peut tre dter-min exprimentalement.

Nous avons compar cette dfinition celles habituellement donnes en indiquant les raisons pour lesquelles elle nous parat actuellement utile [6]

- elle ne modifie pas les habitudes (confusion ,le fait entre consistance et maniabilit) mais prcise dans quel domaine ces habitudes sont justifies;

-- ell facilite la relation entre le laboratoire et le chantier en prcisant dans quel domaine les tudf:S de laboratoire peuvent tre utiles et hors duquel il vaut mieux se fonder sur les observa-tions faites au moment des tudes de conve-nance.

Mais le plus grand avantage et la plus grande simplification tiennent. peut-tre au fait qu'il est possiblc' d'tablir une rgle de similitude pour la fabrication des prouvettes.

LA MANIABILITE CRITIQUE, REGLE DE SIMILITUDE

Maintenant que nous nous sommes dots d'une mthode d'escalade, que nous avons dfini le domaine l'intrieur d uq uel nous pou vions u ti-lement choisir, entre deux btons, le moins po-reux, nous pouvons nouveau nous intresser au sommet, c'est--dire au bton de porosit mini-male aprs mise en place.

Le dosage en eau optimal pour lequel la porosit du bton est minimale dpend des paramtres caractrisant les conditions de mise en place et des paramtres caractrisant la nature des consti-uants et la composition du bton. A cette valeur du dosage en eau correspond un temps d'coule-ment au maniabilimtre LCL. L'exprience montre qu' l'intrieur du domaine dfini plus haut, ce temps dpend des paramtres dfinissant les condi-tions de mise en place mais ne dpend pratique-ment pas des paramtres dfinissant la nature et la composition du bton. Comme l'intrieur du domaine, la valeur du temps d'coulement est un reprage de la maniabilit, nous avons appel maniabilit critique la maniabilit du bton donnant la porosit minimale avec le mode de mise en place considr.

Pour un procd de mise en place donn, il existe une valeur de la maniabilit pour laquelle la porosit du bton en place est minimale. A l'intrieur du domaine opra-tionnel de la maniabilit la valeur de la maniabilit donnant la porosit minimale est la mme pour tous les btons mis en place de la mme faon. Cette valeur est appele maniabilit critique. La maniabilit cri-tique est une caractristique du procd de mise en place utilis.

L encore cette dfinition reprend et justifie (dans le domaine oprationnel) un usage cou-rant.

La maniabilit critique est la maniabilit strictement ncessaire pour qu'un bton puisse encore tre mis en place ditns des conditions donnes.

La valeur de la maniabilit critique, caractrise, l'intrieur du domaine oprationnel les condi-tions de mise en place. A tout procd de mise en place en laboratoire, il est possible d'associer une valeur de la maniabilit critique. Par ailleurs, sur chantier il est galement possible d'estimer la valeur de la maniabilit critique pour le pro-cd de mise en place utilis; en effet, le prati-cien connat avec assez de prcision le dosage en eau en de duquel il ne peut descendre sans risquer de laisser des cavernes catastrophiques dans les ouvrages et il suffit de mesurer la maniabilit du bton ayant ce dosage en eau.

Supposons par exemple que la consistance du bton soit mesure au maniabilimtre LCL. La maniabilit critique de diffrents procds de mise en place pourra tre value comme suit (compte tenu de nos connaissances actuelles).

TABLEAU

Type de mise place Maniabilit critique en

estime

Revtement routier, coffrage glissant 30 s

Poutre trs ferraille, chute et vibration 15 s

Nota Pour des raisons de scurit les temps d'coule-ment recommands sont rduits de moiti : 15 et 8 s [6].

Nous avons montr [7] que la contradiction appa-rente entre l'exigence de rsistance mcanique mesure sur prouvette et l'exigence de mania-bilit suffisante pour permettre la mise en uvre provient de ce que les procds de mise en plaee de laboratoire sont beaucoup plus nergi-ques que les procds de chantier (compte tenu videmment du volume de bton trait), les ma-niabilits critiques de ces procds de laboratoire sont beaucoup trop faibles. Tout deviendrait plus cohrent si le procd de fabrication des prou-vettes tait choisi tel que sa maniabi.Jit critique soit gale la maniabilit souhaite pour le bton de l'ouvrage. Alors il n'y aurait plus de contradiction entre rsistance et maniabilit

car le bton le plus rsistant serait aussi celui ayant la maniabilit souhaite pour tre mis en place dans l'ouvrage [6].

La maniabi.Jit critique apparat donc comme un facteur de similitude entre l'ouvrage et l'prouvette. Nous pensons que celui-ci bien qu'em-pirique, pourrait ds maintenant tre trs utile et nous avons indiqu comment on pourrait le pren-dre en compte en modifiant trs lgrement la norme sur la fabrication des prouvettes (AFNOR NF P 18-421 de 1969). Il serait cependant utile de poursuivre les recherches ce sujet pour dter-miner jusqu' quel point un mme mlange mis en place pal' deux procds trs diffrents mais ayant mme maniabilit critique aboutit deux btons ayant une structure et des proprits semblables.

La notion de maniabiHt critique aSSOClee celle de maniabilit permet de fonder une mthode exp-rimentale de composition du bton hydraulique.

UNE METHODE EXPERIMENTALE DE COMPO-SITION DU BETON HYDRAULIQUE

A l'intrieur du domaine de dosage en ciment dfini plus haut quatre simplifications sont pos-sibles : - le classement entre les btons suivant leur facilit de mise en place (maniabilit) ou suivant leur qualit (porosit) aprs mise en 'place est indpendant des principaux paramtres caract-risant la mise en place par vibration; - le squelette optimal des constituants solides est indpendant des dosages en eau et en ci-ment [2] ; -- au-del d'une certaine difficult de mise en place (maniabilit critique), le bton le plus facile mettre en place est aussi le moins poreux; - il est possible de caractriser par un seul chiffre tout procd de mise en place.

La mthode de composition est expose en dtail dans les pages qui suivent. Le dosage en ciment tant en gnral impos par les rglements, on procde en deux tapes : - dosage en ciment et en eau fixs (et ven-tuellement en entraneurs d'air) on recherche les proportions optimales du squelette inerte, pro-portions pour lesquelles le temps d'coulement LeI. est minimal, - proportions fixes du squelette inerte on dtermine le dosage en eau (et ventuellement en plastifiant) pour lequel le temps d'coulement LCL est gal au temps critique (maniabilit cri-tiq ue) caractrisant les conditions de mise en place du chantier.

Nous voulons insister encore une fois sur le fait que la formule de composition donne par la mthode n'est transposable au chantier que lorsq ue le dosage en ciment retenu est voisin du dosage optimal donnant la porosit minimale. Ce domaine de validit est d'ailleurs galement celui de la mthode Faury.

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CONCLUSION

L'objectif fix au dpart peut surprendre pour une recherche technologique. Nous avons abouti une mthode de composition, et peut-tre le lecteur pensera-t-il que c'est l le rsultat le plus concret de cette recherche. Qu'il nous per-mette d'exprimer pour conclure une opinion dif-frente.

Avant notre recherche, il y avait dj de nom-breuses mthodes thoriques ou exprimentales de composition des btons; ceUe que nous propo-sons ici ne fera pas disparatre toutes celles qui l'ont prcde (pour certaines ce serait d'ailleurs dommage). Chacune de ces mthodes est fonde sur des approximations plus ou moins justifies; la plupart conduisent des formules qui donnent satisfaction.

Malheureusement, il arrive que, pour une mme tude, on aboutisse deux formules diffrentes suivant la mthode employe de sorte qu'au-cune One donne rellement confiance au construc-teur. Celui-ci, s'il n'est pas entirement satisfait de son bton aura la tentation d'attendre une amlioration, miraculeuse parce que quasi gra-tuite, d'une modification de formule improvise au cours du chantier. Ces improvisations finissent

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toujours par coter cher soit l'entreprise, soit au matre d'uvre car elles oOnt pour effet de perptuer la mdiocrit en repoussant toujours les dcisions qui s'imposent rellement (rgler le matriel et, dans certains cas, revoir le choix des constituants ou prvoir un constituant sup-plmentaire - adjuvant, fines, etc.).

Compte tenu de cet tat de fait, le plus important selon nous n'est pas d'avoir la formu,le la plus juste possible mais de disposer d'une mthode qui permette d'affirmer au constructeur que la formule propose par le laboratoire est suffisam-ment voisine de l'optimum pour qu'il ne puisse esprer aucune amlioration dcisive d'une modi-fication de dosage improvise sur chantier. L'avantage que le constructeur peut retirer d'une tude de convenance, ses chances de rgler rapi-dement sa chane de fabrication pour qu'elle fonctionne rgulirement, pleinement et conomi-quement, dpendent pour une part importante de la confiance qu'il peut avoir dans l'tude de laboratoire.

Nous aurons atteint notre but si nos tudes con-tribuent accrotre cette confiance des entre-preneurs et des matres d'uvre en leur montrant que si l'effet d'chelle limite la porte de nos rsultats de laboratoire, nous sommes au moins en mesure de connatre exprimentalement nos limites.

CHAPITRE 2

Proposition pour une dfinition de la maniabilit

Communication prsente au Sminaire RILEM : Bton frais - Les proprits importantes et leur mesure. Leeds, mars 1973.

INTRODUCTION

Lorsqu'il fut cree, voil cinquante ans, le mot "Workability" (ouvrabilit, ma'-niabilit) eut le mrite d'attirer l'atten-tion sur la ncessit d'tudier l'aptitude des mlanges de ciment,de granulats et d'eau, ."i tre mis en oeuvrE' dans les conditions des chantiers. Depuis, le mot a fait fortune et, si aucune dfinition ne fnit l'unanimit, l'accord est gnral sur un point au moins: la notion de maniabilit est indispensable. Si une dfinition admise par tous tait pos-sible, elle devrait donc pouvoir tre dduite logiquement de l'analyse du besoin que l'on souhaite satisfaire en crant ce concept.

Le point ie dpart ne peut tre que la qualit du bton en place dans l'ouvrage qui seule compte en dfinitive. Cette qualit peut tre juge, en fonction de l'utilisation future de l'ouvrage, selon des critres dont la validit est clairement tablie (porosit, permabilit, rsistances mcaniques, aspect des parements, etc). L'objectif est de choi-sir les constituants, et de dterminer l' en-semble de leurs proportions de manire gue le bton en place dans l'ouvrage soit le meilleur possible selon le critre retenu.

Le problme se~ait simple, et il n'y aurait nul besoin de dfinir une notion sup-plmentaire comme celle de "maniabilit", si l'un ou l'autre des deux cas suivants se prsentait :

- la qualit recherche du bton en place dpend uniquement de la nature et du dosage (quel qu'il soit) des constituants; elle est, par consquent, indpendante des condi-tions de mise en oeuvre ;

- il est possible de mettre en oeuvre, ds l'tude, les diffrents mlanges de consti-tuants que l'on souhaite comparer, exactement dans les conditions Qmes prvues pour la fabrication de l'ouvrage (chantier) ; il est donc tenu compte implicitement, au moment de l'tude, des con~itions de la mise en oeuvre.

Dans ces deux cas, le choix du meilleur mlange ( 1) ressortira d'une coparaison faite sur les btons en place (il suffit, dans le premier cas, de mettre les mlanges en place d'une faon quelconque). ~alheureusement, de ces deux cas, le second se rencontre rarement en pratique (une exception notable concerne

les pices de dimensions petites ou moyennes fabriques en usine) et la condition du pre-mier n'est jamais vrifie (si ce n'est ap-proximativement, pour certaines qualits, lorsque le dosage en eau est surabondant, mais, avec cette hypothse, il est exclu de trouver le meilleur bton) .

En fait, les dosages pour lesquels les qualits les plus importantes du bton (rsis-tances mcaniques, porosit) sont optimales, dpendent des conditions de mise en oeuvre et celles-ri sont extr~meQent diffrentes suivant qu'il s'agit de fabriquer des prou-vettes (conditions de laboratoire) ou de cons-truire un ouvrage (conditions de chantier) . Pour choisir, partir des essais de labora-toire, le meilleur mlange (celui qui, une fois mis en placE' dans l'ouvrage deviendra lp meilleur bton selon le critre considr), il faudrait, en principe, tre en mesure d~xpliciter la fonction qui ~elie la proprit au bton considre aux paramtres dfinissant, l'une part la nature et les dosages des cons-~ituants, et d'autre part, les conditions de nise en oeuvre. Cela ne semble pas possible dans l'tat actuel de nos connaissances. Il faut donc, soit renoncer chercher le meil-leur mlange possible en laboratoire, soit admettre une approximation qui permette de simplifier le problme.

Parmi les simplifications possibles, ] 'une des plus fcondes consisterait pou-',oir admettre que, vis--vis de la proprit recherche pour le bton en place, la connais-sance de tous les paramtres dfinissant la nature des constituants et de leur dosage puisse tre remplace par celle de la valeur d'une proprit intrinsque caractrisant le Mlange. L'existence d'une telle proprit reste prouver ; mais sa ncessit, ressentie par tous les praticiens, pourrait tre l'origine ~c la notion de maniabilit. Cela revient dire que l'utilit de nombreuses tudes de laboratoire (tude de composition, efficacit des plastifiants, intrt d'une addition d'lments fins, etc) dpend de la possibilit de dfinir une fonction"maniabi-~it ."

(1) Dans ce chapitre, le terme bton sera rserv exclusivement au matriau en place dans l'ouvrage.

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Prvoir, partir d'essais en labora-toire, des lois applicables en d'autres circonstances est la raison d'tre de toute science. Il est donc naturel d'avoir cherch

en premier lieu se servir, pour d6finir la ~aniabilit, des acquis de la mcanique et de la physique.

DEUX TENTATIVES POUR DFINIR LA MANIABILIT

A PARTIR DE LOIS SCIENTIFIOUES

MANIABILITE ET ENERGIE DE COMPACTAGE

La mise en oeuvre du bton doit tre :acile. A l'ide de facilit fait cho le concept scientifique de travail, mesurable 8t quantifiable. Pour cette raison, la mania-bilit a t (lfinie comme "la quantit de travail utile ncessaire pour obtenir un com-pactage complet" [8J.

Cette dfinition prsente un caractre scientifique intressant qui, s'il se vri-fiait, permettrait une simplification remar-quable du problme de la composition des btons. Il suffirait de mesurer en laboratoire l'nergie utile ncessaire par unit de volume 1e bton pour obtenir une prouvette compacte, puis de choisir le mlange qui ncessite l'-nergie minimale et enfin d'indiquer au chan-tier l'nergie utile dont il devra disposer. Bien entendu il existe quelques djfficults

- la dfinition du "compactage complet" est ncessairement arbitraire car, aussi long-temps que puisse durer l'opration de mise en place, il reste toujours de l'air emprisonn l'intrieur du bton. La valeur du travail utile ncessaire peut varier considrablement suivant la limite conventionnelle choisie comme critre de fin de compactage;

- le "travail utile" n'est pas mesurable et, de ce fait, le principal avantage du concept scientifique est perdu. En distinguant le "travail utile" du travail perdu (frottement du bton sur le moule, vibration du moule, etc), les auteurs souhaitent aboutir une proprit intrinsque du bton. En fait, ils satisfont une condition ncessaire mais qui n'est peut tre pas suffisante.

Des difficults de cet ordre se sont prsentes dans bien d'autres domaines et, souvent, elles n'ont diminu en rien la fcon-di t du concept de travail. Pour s'en tenir la deuxime remarque, il suffirait que le rendement (rapport du travail utile au travail rel) soit approximativement constant pour qu'il en soit ainsi.

Mais l'analogie "facilit - travail" sur laquelle cette dfinition est fonde doit tre examine de plus prs. Elle ne rend pas compte de l'objectif rel du btonnier qui n'est pas seulement de dplacer les grains

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(travail au sens de la physique) mais de les placer judicieusement les uns par rapport aux autres. La valeur de l'arrangement des grains peut tre tout fait indpendante du travail "utile" accompli. A la limite, on peut comparer un bton compact un puzzle :~ussi, or on peut russir un puzzle sans "travail utile" mais non sans patience. Il est possible, par exemple, que l'un des rles de la vibration soit de mnager des moments d'apesanteur o la particule se dplaant au ~asard sous l'effet des impacts avec ses voi-sines essaie plusieurs configurations et re-tienne la plus stable.

Ce schma explicatif n'est pas loign de celui indiqu par Powers [9]:" Apparemment, lorsque le squelette granulaire baigne dans une matrice qui est maintenue fluide par vi-:)ration, chaque grain est capable de tourner sur lui-mme de telle sorte qu'il interfre le moins possible avec ses voisins~ Il est vident que, dans un tel schma, l'efficacit de la mise en place dpend pln,- de la. .ur'e du traitement que du travail utilement con-30mm.

Il est donc vraisemblahle que la valeur du travail ncessaire pour obtenir un compac-tage complet d'un mlange ne puisse tre trans-pose des conditions de mise en place trs diffrentes et que le classement tabli entre les mlanges d'aprs la valeur de ce travail dpende des conditions de mise en place choisies.

MANIABILITE ET GRANDEURS RHEOLOGIQUES

On ~onsidre parfois que la maniabilit est une proprit en rapport avec les carac-tristiques rhologiques telles que la visco-sit, le seuil de cisaillement, etc.et qu'en ortcisa.nt ce rapport par des recherches-, il sera possible d'tablir une dfinition. ~'utilit des recherches rhologiques est incontestable mais il n'est pas certain que la notion de maniabilit soit de leur ressort. Celle-ci, en effet,doit caractriser, non pas le bton en place, mais le mlange ciment-eau-granulat. A cr~aque t'pe de la mise en oeuvre, ce mlange est un matriau diffrent dans ces transformations, les hypothses de

continuit, par rapport aux variables d'espa-ce, des dplacements et des vitesses (fonde-ments de la rhologie) ne sont pas toujours vrifies, surtout dans le cas, trs impor-tant en pratique, o le mlange est mis en place par vibration partir d'un tat foi-sonn.

La plus ou moins grande indpendance de mouvement des particules les unes par rapport aux autres et par rapport au milieu aqueux n'empche nullement qu'il soit possi-ble de dcrire le comportement du mlange, soumis une soJ.licitation dtermine, en le comparant, par exemple, celui d'un fluide de Bingham. Cependant, les grandeurs qui, dans cette description, sont appeles "seuil de cisaillement" ou "viscosit" ne sont pas des grandeurs physiques. Leurs valeurs dpen-1ent du moee dE sollicitation; elles ne permettent pas de prvoir le comportement du mlange lorsqu'il est sollicit d'une manire sensiblement diffrente.

AU MIEUX, UNE APPROXIMATION

Nous nous sommes efforcs de montrer que les notions scientifiques de travail, de viscosit, de seuil de cisaillement sont insuf-fisantes pour dduire, en toute rigueur, des comparaisons faites sur les mlanges, des conclusions certaines quant aux qualits des btons en place dans l'ouvrage. Cependant, il est possible que, pour des procds de mise en oeuvre pas trop diffrents et des mlanges assez voisins, la dtermination de ces gran-deurs permette des prvisions approximatives, satisfaisantes en pratique.

Les limites l'intrieur desquelles l'approximation est acceptable doivent tre dtermines expr imentalement. Dans ces con-ditions, une approche uniquement exprimen-tale peut paratre plus conomique.

VRIFICATION EXPRIMENTALE DE LA POSSIBILIT DE PRVISION

S'il n'est pas possible en laboratoire de reproduire exactement le processus opra-toire qui sera utilis sur un chantier pour la mise en place du bton, il est par contre facile de faire varier, dans une mesure assez large, les paramtres qui influent sur cette opration. S'il existe une proprit suscep-tible de caractriser le mlange vis--vis d'une proprit du bton en place, le classe-ment entre les mlanges, tabli suivant le niveau de qualit du bton en place, doit tre indpendant du processus utilis pour la mise en place. Rciproquement, il suffit d'tablir l'indpendance du classement pour pouvoir aff irmer que la proprit intr ins-que des mlanges existe.

Dans une prcdente tude ~J, nous avons montr que le classement des mlanges suivant la valeur de la teneur en air du bton en place restait inchang approximativement, lorsqu'on modifiait la dure ou la vitesse de malaxage, le mode de mise en place (vibration ou gravit), la hauteur de chute, en cas de mise en place par gravit, la frquence ou l'amplitude, en cas de mise en place par vi-bration. Les rsultats de cette tude ne per-mettent pas cependant de prciser les limites de validit de l'approximation.

L'tude que nous prsentons ici et qui prolonge la prcdente est fonde sur une exprimentation portant seulement sur deux ~odalits de mise en place mais, par contre sur une grande varit de mlanges. Elle vise dterminer pour quelles familles de mlanges, au voisinage de quels dosages, l'approximation est rellement utilisable.

Par une variante notre premlere tude, la qualit recherche pour le bton en place est la porosit (teneurs en air et en eau du bton frais et non plus seulement teneur en air). Cette qualit est gnralement consi-dre, en effet, comme l'une des plus impor-tantes pour assurer la durabilit du matriau. En suivant la mthode utilise pour notre premire tude, nous aurions dQ choisir au mo'ins deux processus de mise en oeuvre d' -prouvettes, les plus diffrents possibles, . et comparer les classements des mlanges SU1-vant la valeur de la porosit dans l'un ou l'autre cas lorsaue varient le dosage en ci-ment, en eau, en -sable. Il s'est avr exp-rirr.entalement plus conomique de prendre les deux critres suivants :

- d'une part, la porosit du bton mis en place par un piquage manuel lger ;

- d'autre part, le temps mis par le bton pour s'couler dans le maniabilimtre LCL [lJ .

Ces deux critres paraissent en effet suffisamment indpendants pour qu'il soit possible d'affirmer que, si le classement des mlanges reste le mme suivant l'un et l'autre, il serait galement le mme si un autre processus de mise en place tait utilis condition qu'il soit intermdiaire entre le piquage lger et la vibration moyen-ne (on remarquera que cette gamme inclut probablement la plupart des procds utiliss en pratique). Mais le choix de ces critres permet, de plus, d'tudier le lien qui existe entre la facilit d'coulement des mlanges et la porosit du bton en place. L'tude de ce lien conduit une proprit trs int-ressante de la maniabilit.

15

Nous devons signaler toutefois que l'indpendance suppose entre les deux cri-tres ne correspond pas exactement une indpendance exprimentale. La mise en place par piquage tudie est celle du mlange in-troduit dans le premier compartiment du mania-bilimtre LCL. De sorte que la dure d'cou-lement mesure pour le mlange est compte depuis l'tat sur lequel on a mesur la porosit et jusqu' un repre fixe. Cette organisation des essais, issue d'un souci peut-tre excessif de simplification, ne devrait cependant pas nuire la dmonstra-tion que nous souhaitons faire, surtout si l'on tient compte des rsultats de notre tude exprimentale dj cite et si on con-sidre galement qu'en pratique, la vibra-tion est toujours applique la suite d'un mode de mise en place d'nergie comparable au piquage, simple chute en gnral.

(2) Notations ;

c, teneur volumique en liant s, teneur volumique en sable fin 0/3 mm J, teneur volumique en sable 3/6 mm e, teneur volumique en eau v, teneur volumique en vides errplis d'air

CONDITIONS D'ESSAIS

Les mplanges tudis sont composs de ciment CPA 400, d'un sable 3/6 mm, d'un sable plus fin 0/3 mm et d'eau. Sur le tableau l, nous indiquons les principales caractristi-ques des constituants.

Nous avons fait varier le rapport c

c + S + leur de

g (2) (5 valeurs) et, pour chaque va-

ce rapport, le dosage

7 et 14 valeurs) - le rapport

en eau (entre

_+s tant s g maintenu constant - et enfin, dosage en eau

constant, le rapport ___ s __ (15 valeurs). Sur s + g

le tableau II, nous donnons le dtail des pro-

portions tudies.

Les essais faits sur ces mlanges ont t indiqus plus haut. Rappelons-les;

- mesure de la porosit du mlang dans le premier compartiment du maniabilimtre LCL.

- mesure du temps d'coulement dans ce mania-bilimtre.

TAE;LEAl l

PRINCIPALES CARACTERISTIQUES CES CONSTITUANTS DU BETON

CI"1ENT Sl\BLFS

Type et classe : C P 1\ 400 Provenance : Seine

Teneur en A.t 203 3caO : 10 % Angularit : roul Teneur en S03 : 2,69 %

3 Granularit : 0/3 mn 3/6 nro

Masse volumique : 3,17 g/cm

2 Module de finesse : 2,39 1,85 Finesse Blaine : 2600 cm /g

3 g/cm3 "1asse volumique : 2,64 g/cm 2,62 Rsistance 28 jours :

Teneur en calcaire : 18 % 45 % Flexion : 91 bars

Type de calcaire : Dur (R compr is entre canpression 459 bars

c : 900 et 1 200 bar s)

16

TABLEAU Il

Nombre d'essais pour chaque proportion tudie

Partie 1 : Rapports sils 111) tudis

Valeurs de To-

cl (c-t-s-j-g) taux e -

0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,70 0,80 1 0,12 0,220 1 1 2 2 2 3 2 1 1 1 1 1 1 2 2 23

0,16 0,215 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 20

0,20 0,225 2 1 - 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 26

0,26 0,235 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 1 1 23

0,32 0,250 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 22

114

Partie 2 : Dosages en eau e tudis -cl (c+sfg) si (S-KI)

0,185 0,190 0,195 0,200 0,205 0,210 0,215 0,220 0,225 0,230 0,235 0,240 0,245 0,250 0,255 0,260 0,265 0,27C

0,12 0,40 1 1 2 2 3 3 3 3 2 1 1 2 1 1 26

0,16 0,40 2 2 3 2 2 2 3 3 2 2 1 1 1 26

0,20 0,10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10

0,20 1 1 1 1 1 1 1 1 8

0,30 1 1 1 1 1 1 6

0,40 2 2 2 2 2 2 2 2 3 1 1 1 22

0,26 0,40 1 1 1 1 4 2 2 3 2 2 2 21

0,32 0,10 1 1 1 1 1 2 1 8

0,20 1 1 1 1 1 1 1 7

0,30 1 1 2 1 1 1 7

0,40 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 11

0,45 1 1 1 1 1 1 6

0,80 1 1 1 1 1 5

163

17

Fig. 1 - Situation des mlanges tudis par rapport la classification de Powers. 19t (5)

0,6

o

18

~ DIAGRAMME , c+!o+g

e+v c +!o+ 9

2

o

-2

o

e c + !o+ 9 0,9

A w

0,6

05

ou e + v c...-!o'" 9

l'

Pte p'ure

DIAGRAMME 2

e + v

c T

~~4 ________ -+ ________ ~~ ______ ~~4-~~1

2

0,' 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0.9 0,' 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Fig. 2 et 3

Courbes reprsentatives de la variation de e e+v en fonction de __ s_+_g_ et de

c+s+g c+s+g c+s+g pour Ig t = 0,9 (diagramme 1) et Ig t = 1,5 (diagramme 2).

L'paisseur des zones hachures reprsente l'incertitude exprimentale sur la dtermination de la porosit.

15 ,

SITUATION DES MELANGES ETUDIES PAR

RAPPORT A LA CLASSIFICATION DE POWERS

Powers ~ OJ a montr que les diffrents mlanges possibles de sable, de ciment et d'eau pouvaient tre classs en trois cat-gories qu'il appelle AB, BF et FC. Pour cela, il se rfre "la consistance du bton frais" dfinie comme tant "cette caract-ristique des mlanges plastiques ou quasi-plastiques qui varie lorsque la teneur en eau change". Cette "consistance" peut tre repre, soit par l'affaissement du cne d'Abrams, soit par le nombre de percussions ncessaires pour mouler une prouvette (re-molding test), etc .. , ou encore, comme le montrent les figures l, 2 et 3 par le temps d'coulement dans le maniabilimtre LCL.

Les courbes reliant 19 t et cie (fig.l) sont des droites concourantes donc entire-ment cayactrises par leur pente.

On construit les courbes donnant le dosage en eau ncessaire pOUY obtenir la consistance dsire (lg t = 0,9 pour la fi-gure 2, 19 t = 1,5 pour la figure 3) et la porosit~ sui en rsulte aprs mise en place.

Indiquons ds maintenant que, selon nous, la consistance ne peut tre confondue avec la Maniabilit (3), mme si on montre que, dans certaines circonstances elles DPU-vent tre repr~es de la mme faon et p~r le mme nombre. La consistance est une pro-prit qui dpend de l'appareil de reprage et qui, contrairement la maniabilit, ne vise pas permettre de prvoir le comporte-ment du mlange en d'autres circonstances, sur un chantier par exemple.

A consistance gale, le dosage en eau (rapport au dosage en constituants solides)

dpend :

- de la surface spcifique des constituants solides pour les mlanges de la catgorie AB, riches en ciment;

- des vides du squelette des constituants solides pour les mlanges de la catgorie FC, pauvres en ciment ;

- de ces deux caractristiques la fois pour les mlanges de la catgorie intermdiaire Bf.

Les figures l, 2 et 3 construites en en suivant la mthode de Powers (et en res-pectant ses notations en ce qui concerne les lettres majuscules) montrent que, lorsque le

c rapport c + s + g est gal 0,32 ou 0,26,

les mlanges sont dans la catgorie AB, lors-qu'il est gal 0,16 ou 0,12, les mlanges appartiennent la catgorie BF ; le mlange

(3) La majuscule rappelle qu'il s'agit de la maniabilit telle que cet article s'efforce de la dfinir.

pour lequel ce rapport est gal 0,20, cor-respond approximativement au point B.

PRESENTATION DES RESULTATS

Sur les figures 4 8, on montre les relations existant entre la porosit du bton mis en place par piquage et le logarithme du temps d'coulement au maniabilimtre LCL. Lorsqu'un seul paramtre varie (par exemple

s le dosage en eau ou le rapport ----+-), cette s g relation est reprsente par une courbe. Les courbes correspondant la variation de deux paramtres diffrents ne sont pas confondues. La courbe obtenue en faisant varier le rapport

s ! g" prsente deux branches, l'une correspond aux mlanges surdoss en sable, l'autre aux ~langes sous-doss (surdosage et sous-dosage tant dfinis par rapport au dosage en sable pOllr lequel, dosage en eau gal, le temps d'coulement est minimal au maniabilimtre LCL). L'examen des figures 4 8, montre que la situation des courbes les unes par rapport aux autres change suivant la valeur du rapport

c ~ + s + g' Lorsque ce rapport vaut 0,12 ou

0,16 la branche de la courbe des mlanges sur-doss en sable est au-dessus de la courbe cor-respondant la variation du dosage en eau, alors que la branche des mlanges sous-doss est en dessous. Pour 0,32, c'est le contraire. L'inversion se produit entre les mlanges 0,20 2t 0,26 ; pour ces m~langes, les courbes pour-raient d'ailleurs tre considres comme ap-proximativement confondues.

Les figures 9 et 10 permettent d'tendre l'observation faite ci-dessus au cas o les dosages en eau varient pour des valeurs diff-

rentes de ___ s __ . On constate que lorsque s + g

0,20, les courbes sont confondues c c + S + g tant que le dosage en sable reste suprieur

une certaine limite ( ___ s __ > 0,10) ; lorsque c s + g

C + S + g = 0,32 les courbes sont confondues sauf pour les dosages excessifs en sable ___ s __ > 0,80). s + g

Sur la figure Il, on montre que les courbes correspondant des mlanges dont seule la teneur en eau varie sont pratique-

ment confondues lorsque le raprcrt c c + S + g est compris entre 0,20 et 0,26.

Pour les deux premires valeurs du rap-port, on rema~que que, valeur gale de 19 t, lorsque les courbes de variation de v sont pratiquement confondues, celles correspondant la porosit sont distinctes, et rciproque-ment.

Ces diffrences vont toujours dans le mme sens : il faut, pour une valeur de 19 t, une teneur en eau suprieure lorsque

c c + S + g vaut 0,20.

0,26 que lorsque ce rapport

19

20

( Porosit

OS

l' CI?

Porosit

0,5

0,2

0,5

Porosit OS

02 0,5

1 1,5 2 c/(e+s+g) = 0,12

1 1,5 e/(e + 5 + 9 ) =

2 0,20

1 1,5 e/(e+s+g)=

2 0,32

Fig. 4

Igt.sec

Fig. 6

Igt sec

Fig. 8

1 gt. sec

Porosit

OS

02 0,5

Porosit

OS

0,4

0,3

02 0,5

Fig. 5

log. stC

1,5 2 e/( e+s+ g) = 0,16

Fig. 7

Igt. sec

1,5 2 cl (e + 5 + 9 ) = 0,26

Fig. 4 8 - Variation de la porosit des btons en fonction du temps d'coulement des mlanges dans le maniabilimtre LCL.

o variation du dosage en eau x variation de si (s + g) (mlanges surdoss en sable)

variation de si (s + g) (mlanges sous-doss en sable)

~4 ____ ~ ____ -; ______ ~ __ _

0,2 e / e+1 + 1 = q2 0

Puosi t.

r-

a

~0,4 -Y ~ ~~ -.

0.2 1 e/e+I+9 = 0,52 J II&. ICC o 15 2

Fig. 9 et 10 - Variation de la porosit des btons en fonction du temps d'coulement des mlanges dans le mani'abilimtre LCL.

Signe : (>, , 0 + 0

s/(s + g)

e + V OU e

0,2

0,5

0,10 0,20 0,30 0,40 0,45 0,80

LEGENDE c _~,20 __ _

c + s+ g- 0,26-,32-

= 0,40 ) Ig t. sec

1,5 2 Fig. Il - Variation en fonction du temps d'coulement dans le maniabilimtre LCL de la teneur en vides em-plis d'air et de la porosit du bton en place lors-que le dosage en eau varie.

INTERPRETATION DES RESULTATS

Le fait que, lorsqu'un seul paramtre varie, la relation entre porosit et temps d'coulement puisse tre reprsente par une courbe, ne prsente aucune signification phy-sique. Tant que les courbes sont distinctes suivant le paramtre que l'on fait varier, deux mlanges jugs quivalents quant au temps d'coulement dans le maniabilimtre LCL peu-vent avoir des porosits diffrentes aprs une mise en place par piquage.

Au voisinage du point B, la relation entre la porosit du mlange mis en place par piquage et la dure de l'0coulement de ce m-lange dans le aniabilimtre LCL peut tre reprsente sensiblement par une cnurbe uni-que, quels que soient les paramtres qui va-rient (dosages en ciment, en sable et en eau) Cette courbe est lgrement dcrcissante pour les faibles valeurs de 19 t, puis elle passe par un minimum et devient rapidement crois-sante lorsque 19 t augmente. La valeur de 19 t pour laquelle la porosit est minimale ne d-pend pas - dans les limites de variation pour lesquelles les courbes sont approximativement confondues - des paramtres dfinissant la composition du mlange et caractrise par con-squent le procd de mise en place.

Au-del du minimum (minimum compris) , la courbe tant monotone croissante, le clas-sement entre les diffrents mlanges reste le mme, que l'on considre la porosit ou le temps d'coulement. Conformment au raisonne-ment propos plus haut, on conclut que ce classement serait le mme quel que soit le procd de mise en place (du moins tant que la valeur de 19 t reste suprieure ou gale la valeur limite caractristique de ce pro-cd). Il existe ainsi, au voisinage du point B une proprit intrinsque des mlanges qui permet de les comparer du point de vue de leur aptitude former un bton plus ou moins po-reux dans un processus de mise en pJ~ce donn. Cette proprit est la Maniabilit.

La valeur de 19 t pour laquelle la po-rosi t est nniJl'ale peut tre appele Mar..-i.a-bLUt eJU,que; sa valeur caractrise le pro-cd de mise en place.

Les rsultats exprimentaux montrent que, au voisinage du point B, pour des proc-ds de mise en place allant du piquage la vibration, au-del de la Maniabilit critique, plus le mlange se met en place facilement, moins le bton rsultant est poreux ; inver-sement, moins le mlange est poreux un stade donn de sa mise en place - c'est--dire, par dfinition, plus il est maniable - plus il s'coulera facilement jusqu'au prochain stade.

Au voisinage du point B, la ~aniabilit peut tre repre en laboratoire l'aide des maniahilimtres LCL ou VB, de l'appareil de Glanville, de l'appareil de remoulage (remol-ding test apparatus) de Powers, etc .. Lorsque la fonction ~aniabilit existe, au sens dfini ci-dessus, il est facile d'tablir une mthode de composition des btons pour choisir, en laboratoire, le mlange qui donnera, une fois mis en place dans l'ouvrage, le bton le moins poreux. Ce mlange sera celui dont la Maniabi-lit sera gale la ~aniabilit critique ca-ractristique du procd de mise en oeuvre prvu pour le chantier.

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Igt (s) Igt(s)

0

1 *:YC ?Jff 0 0.~li

1,5 r -7.' )7,

2 ,.

1,5 +---t-"""""CI~ffiJlC-'-t .ea. 1J!1.0IJ!1.,{.-t. de;., on (i.!'.ang rA, Jte.p (Jtab.f.e. e.n .f.aboJta.to-l.e., qu,{, .f.OMqu' e..f1.e. ex,{.f,-te.,

peJUnu de. .f.e;., c.f.aMe.Jt daM .f.'oJtdJte. de;., poJtof.>-Uf.> d-CJW,{.f,Mme;., de;., be-tOM qu' ili OJtme.Jta,{.e.m daJ1.6 .f.' ou-vJtage. a)Yl..f.> un )yl.oc.e;.,f.>uf.> de. m,{.f,e. e.n oe.uVJte. donn.

Fig. 14 Fig. 15

.Y-e

1

o ,5

0,5

:L 1

2,5

2

1,5

1

.'. A

.. 4

"'l~

1

A

4\

"4 ~.+

,A .... ... +' Y 1

0,5 ,

y

,

y

e ',5

1

.. , a 4

D

, . A ~ ..

A

+

.. ,5 + ,_D o

1 cIe +1+ 1 = 0.20 1 1 1 gt. sec

+ '.a 1 e/e+s+.=O,52 J fA!'" ~ 1 IVt sec

1,5 2 o,s 1,5 2 Signe : /', ,.. 0 + 0

s/(s + g) 0,10 0,20 0,30 0,40 0,45 0,80

A

A +

/). ., +

.6. .6+ ~

6. A+

ra. 026 e/e+ ... = ' ....

0,32+

1 1 t. sec

',5 2

Fig. 16

Fig. 14 16 - Vrification de la rgle de Weymouth. Variation de ~ en fonction du temps d'coulement au

e maniabilimtre LCL.

23

POM ce. )Ytocd de. m,u,e. e.n o WWl e., il ex,u,te. une. vafe.Ult de. .e.a Man,[abilU pOUlt faque.Ue. fa poltol>U ut m.tMmaR.e.. C eUe. vaR.e.uJt, cMaetlt,u,Uque., dan!> fe. domune. d' ex,u,te.nce. de. fa 'lan,[abilU, du )Ytocd de. m,u,e. e.n oe.u.vlte., pe.ut Ulte. appe.R.e. .\.fan.i.abilU eJtU.tque..

L'existence de la ~aniabilit correspond il une approximation. Le domaine o cette ap-proximation est acceptable, c'est--dire utile en pratique, se situe autour du point B -mlange dont le dosage en ciment ou en l-ments fins est tel qu' consistance gale, et pour un moyen de mise en place dfini, la po-rosit est minimale. L'tendue du domaine est d'autant plus grande que la diffrence entre les moyens de laboratoire et ceux du chantier est plus faible.

Dans ce domaine, au-del de la ~aniabilit critique, par dfinition, moins le bton est maniable plus le bton rsultant est po-reux i les rsultats exprimentaux montrent galement que, moins le mlange est maniable, moins il se met en place facilement. Cepen-dant, la Maniabilit ne peut pas tre confon-due avec la consistance, cette proprit

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technologique dpendant de l'appareil de meE'ure.

JI_u terme de r:et l.rticl"l il 1'1011~ !"emblR que nous n'avons fait qu'expliciter ce qui est implicitement admis en pratique. Ainsi, tous les documents qui proposent des valeurs de consistance obtenir, en fonction du type d'ouvrage raliser et de moyens disponibles sur chantier, indpendamment des constituants utiliser, proposent en fait des valeurs de 'Ianiabilit critique et supposent donc que la ~1aniabilit existe au sens o nous l'entendons. Notre rle s'est born montrer l'approxima-tion faite et l'intrt de dterminer les li-mites l'intrieur desquelles elle est acceptable.

La dfinition de la ~aniabilit est neutre, comme il se doit, par rapport la valeur dsire de la poro~it du bton en place. Les valeurs prises par la ~aniabilit (ou, du moins, les valeurs proportionnelles qui, seules peuvent tre repres) permettent cependant de choisir, en laboratoire, le mlange qui, une fois dans l'ouvrage, contier.-dra le minimum d'eau et de vides et sera donc le plus rsistant et le plus durable.

CHAPITRE 3

Maniabilit et rhologie

Communication prsente au Colloque Rhologie des btons, AFREM et groupe/ranais de rhologie, Paris, dcembre /973,

INTRODUCTION

Maniabilit : un mot de chantier que le labo-rantin doit comprendre

Lorsque le btonnier veut exprimer son avis sur l'aptitude du bton tre mis en oeuvre, il utilise le mot "maniabilit" (1) Chaque corps de mtier dispose probablement de mots quivalents. Qu'il s'agisse du bois, du cuir de la peinture, etc, le matriau sera ju~ par l'ouvrier plus ou moins facile travailler. Cette qualit du matriau doit pouvoir tre exprime en fonction d~ ses caractristiques rhologiques, phys1ques ou chimiques. Il doit donc tre possible, au moins en principe, d'viter d'utiliser le terme de mtier sans pour autant se couper ::le la pratique.

Mais que dire lorsque le travail consis-te prcisment transformer le matriau (crouissage, par exemple) ou terminer son laboration - c'est le cas des btons. De quel matriau cette "aptitude la mise en oeuvre" est-elle la proprit ? Tant que le bton n'est pas en place dfinitive dans l'ouvrage, il ne peut tre considr comme un matriau bien dfini mais seulement comme un mlange (2): il perd de l'air, de l'eau et

(1) Actuellement, on dispose d~ ~eux t:r~e~ ~ynonyme~ : maniabilit et ouvrabilit. Vo~c~ la d~f~n~~~~n donnee par "Le Grand Larousse" : "Ensembl,: de qual~tes ~ue doit possder le b~ton frais pour etr~ transpor~e et mis en place commodment sur le C!lant~er sans r~sque de malfaon", , , _ Le mot "maniabilit" est peut-tre plus utll~se sur

" b 'l' _II h les chantiers ; par contre, le mot ouvra ~ ~te p~oc e du mot anglais "workability" a la faveur de certa~ns chercheur s.

(2) Dans cet article, le terme "bton" sera rserv au matriau en place dans l'ouvrage,

l'arrangement de ses constituants solides se modifie. Il est possible que dans ce cas, le terme de mtier ".maniabilit" soit pour long-temps encore irremplaable et que le laboran-tin et le chercheur soucieux de la pratique ne puissent viter de l'utiliser. C'est pour-quoi il est indispensable de s'accorder sur sa dfinition.

Deux dfinitions seulement ont t proposes au sminaire de Leeds de mars 1973

Dfinir la maniabilit tait l'objet ::lu premier thme du sminaire, tape indis-pensable pour traiter les thmes suivants. Les dfinitions donnes en passant, suggres ou sous-entendues furent nombreuses, chaque par-ticipant ayant la sienne. Pourtant, deux dfi-nitions seulement furent proposes, premire vue peu compatibles puisque, pour l'une, la ~aniabilit est une proprit qui existe dans 8ertains cas et que, pour l'autre, ce n'est pas une proprit mais un tat optimal.

Cette opposition et cette diversit ne ~euvent manquer de troubler l'esprit, surtout ~i l'on songe que cinquante annes de rfle-xion ont prcd ce sminaire IJ 2J. "fais l'examen, il nous semble percevoir une cer-taine logique dans ce d~0at et ce n'eat peut-tre pas un hasard si deux dfinitions seule-ment furent proposes : il est possible qu'elles refltent deux types d'attitude dan~; lesquels chacun pourrait reconnatre sa pro-~re dmarche. Du moins est-ce l'hypothse que ;ous faisons et qui va guider notre expos.

Il est possible que l'affrontement de ces deux attitudes ne soit pas de ceux que le :::aisonnement puisse aplanir et, qu'il soit fait pour durer, comme la querelle des doc-teurs "tant mieux" et des docteurs "tant pis". Ceux-ci s'en tiennent avec rigueur l'analyse des phnomnes, soulignent leur complexit et

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montrent l'vidence qu'il n'existe pas de proprit intrinsque du bton frais qui puisse tre appel "maniabilit". Ceux-l, par contre, sensibles au besoin de la prati-que pour laquelle l'existence de la maniabi-lit est une simplification commode, sont enclins rechercher dans quelles conditions cette approximation ncessaire reste accep-table.

Nous nous efforcerons d'abord de carac-triser l'une e~ l'autre attitude mais, puis-que la seconde est la ntre, nous indiquerons ensuite les raisons de notre choix.

LES DEUX ATTITUDES EN PRSENCE

A partir des mmes donnes (le mot maniabilit ou ses drivs utiliss couram-ment pour changer des informations sur la mise en oeuvre du bton), il nous semble que les tenants des deux attitudes en pr-sence posent deux questions liminaires, dressent deux constats, esquissent deux moyens d'action que rsument les dfinitions de la maniabilit.

VEUX QUESTIONS

Quel est le sens du mot maniabilit dans son usage courant ? demandent les uns quelle est l'utilit du mot s'interrogent les autres ?

La premire question est coup sr pertinente, mais chercherait-on dfinir le mot s'il tait inutile? La seconde ques-tion ne considre pas l'usage comme une don-ne mais invite au contraire 2 le discuter. Il est donc logique d'aboutir deux dve-loppements diffrents, le premier pouvant s' ;.'1t.; bIler "de l'usage", le second "du ~esoin"

De l'usage. Pour le praticien, un btcn est maniable s'il peut tre mis en place facilement et c9~venablement. Comme le rap-pelle Bombled ~3], le but recherch est :

- de mettre en oeuvre le matriau en dpen-sant une certaine nergie (puissance, dure de vibration, par exemple) qu'on ne peut rduire sans inconvnient,

- d'effectuer la mise en place aussi rapide-ment que possible pour assurer au chantier ou l'usine de prfabrication le dbit ou le "rendement" maximal,

- d'aboutir une compacit maximale pour obtenir des rsistances leves soit mca-niques, soit aux agents agressifs environ-nants,

- et, ce qui est un autre aspect de l'exi-gence prcdente, de conserver la pice btonne dans son ensemble les qualits du bton initial, sans htrognits exagres, c'est--dire conserver l'homognit,

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- enfin, il faut ajouter ces exigences, souvent contradictoires, des impratifs propres chaque nature de travaux ou de pro-cds de mise en oeuvre.

Le bton maniable est, suivant l'usage, celui qui satisfait le but cherch. C'est videmment trop dire en un mot ; il en fau-drait au moins trois. Certains ~41 proposent, la suite des travaux de nombreux autres auteurs : compactabilit, mobilit, et non-sgrgabilit. Ce ne sont dj plus les mots de la pratique, ce ne sont pas encore des concepts scientifiques mais, dans l'esprit des auteurs, la premire tape d'une analyse sur laquelle nous reviendrons.

Du besoin. ~anjabilit est un terme de chan-tier mais nous en discutons entre gens de laboratoire. Serait-ce que ce mot est nces-saire une saine collaboration entre le pra-ticien et nous ? Poser cette question revient s'interroger sur l'utilit et le contenu de la contribution que le laboratoire peut apporter au chantier : le constructeur vise la qualit du bton en place dans l'ouvrage, le laboratoire compare celle des btons des prouvettes.

Or, le plus souvent, le niveau de la qualitf vise dpend la fois de la compo-sition du bton et de sa mise en oeuvre, celle-si tant trs diffrente pour le bton d'ou-vrage ou d'prouvette. Nous avons dj montrf [2J [4J [5J comment la solution quotidienne de cette difficult revenait en fait admet-tre l'existence d'une proprit~ intrinsque, caractristique du mlange des constituants. Nous prsenterons ici la dmonstration sous une autre forme qui a l'inconvnient d'un formalisme mathmatique un peu trop solennel pour la simplicit de la proposition mais l'avantage de mettre en vidence la gnra-lit du raisonnement.

Considrons une proprit d'usage (3) dpendant de deux paramtres a et b (chacun ayant plusieurs composantes). Le paramtre a dcrit les facteurs intrinsques (lis, par exemple, au produit ou au matriau), le para' ~tre b les tacteurs extrinsques (lis, par exemple, la mise en oeuvre ou l'usage)

P=P(a,b) (4 )

(3) Le terme "proprit d'usage" est emprunt R. L'HERMITE 05J.

(4) Exemple 1. La proprit d'usage peut tre relative au bton en place : porosit, permabilit, rsistances mcaniques, aspect de parement, etc. Les composantes de a dcrivent les proportions du mlange et la nature des constituants, celles de b, les conditions de la mise en oeuvre.

Exemple 2 . [13 J . La proprit d'usage peut tre le risque d'accident d'une automobile. Les composantes de a dcriront alors l'automobile, celles de b, le pilote et la route.

Le laboratoire, en gnral, dispose du produit ou du matriau mais dforme la mise en oeuvre ou l'usage (en les systmatisant, en les acclrant, en les changeant d'chelle, etc). Il compare les valeurs de P lorsque a varie et que b est fixe (b = b ) (5). Dire que l'action du laboratoire a un ~ens revient affirmer que la proprit d'usage P satisfait la condition suivante : tant donne une valeur b du paramtre dcrivant la mise en oeuvre 3u l'usage, toute relation

attache deux valeurs a et a' du paramtre, li au produit, doit entraner la mme rela-tion pour toute autre valeur b du pamamtre d'usage (6). On dmontre que cette condition quivaut pour la fonction P une reprsen-tation de la forme suivante

P(a,b) = P [po(a),b]

o P est une fonction croissante de P (a) (7). o

Dire que l'action du labcratoire a un sens revient donc, en dernire analyse, affirmer que, dans l'expression de la propri-t d'usage, la connaissance de toutes les composantes du paramtre li au produit (ou au matriau) - connaissance souvent inacces-sible actuellement - peut tre remplae par la seule connaissance d'un scalaire (valeur d'une proprit intrinsque) ce qui, en pra-tique,apporte une simplification considrable. Il reste savoir si l'action du laboratoire dans le domaine qui nous occupe ici a effec-tivement un sens.

(5) Exemple 1 : bo dcrit les modes opratoires uti--

liss au latoratoire.

Exemple 2 : bo

dcrit la piste et le pilote d'essai_

(6) Ce qui signifie simplement que le classement ta-bli dans les conditions d'essai en laboratoire (fabri-cation ou usage simul b ) est transposable au chanti~r (fabrication ou usage rgI b) ; ou encore que le clas-sement tabli est indpendant de l'usage prvu.

(7) Nous venons de dmontrer qu'on ne peut classer les individus ou les objets qu'en les mettant en relation avec un seul nombre (ici P (a, une note. Il se pourrait d'ailleurs que leoproblme de la dfinition de la maniabilit soit trs analogue celui de la notation scolaire. L'une et l'autre sont insatisfai-

santes mais ncessaires. L aussi, les tenants de la premire attitude auront beau jeu de montrer la somme de qualits (parfois contradictoires) qui fait un devoir russi. Comment une note unique qui, de plus, dpend du professeur (paramtre extrinsque b) pour-rait-elle en rendre compte? Cette note pourtant est indispensable pour tablir un classement et, prendre un examen ou un concours au srieux, c'est admettre que la note de l'lve est le reprage d'une proprit qui lui est intrinsque.

VEll X CONSTATS

La premire attit.ude, constatant la multiplicit et le caractre contradictoire des qualits impliques par l'adjectif "mania-ble", s'efforce d'en faire une traduction d-taille en langage mcanique et rhologique. La seconde attitude, constatant que l'action du laboratoire suppose l'existence d'une pro-prit intrinsque des mlanges, cherche dterminer exprimentalement dans quel domaine de variation des paramtres intrinsques et extrinsques l'existence de cette proprit correspond une approximation acceptable.

De la traduction de l'usage. Les compo-santps de la maniabilit (mobilit, compacti-~ilit, non sgrgabilit~ peuvent tre tra-duites en types de comportement souhaitables, lesquels, leur tour, "peuvent tre analyss d'aprs les proprits rhologiques corres-pondantes". Selon T.p.Tassios [14J : "il semble que, certaines simplifications tant admises, la maniabilit puisse tre exprime en fonction des caractristiques rhologiques suivantes

- l'angle de frottement interne dans le cas de mouvement impliquant des dformations par cisaillement dans la masse de bton frais,

- la cohsion du bton frais ou celle de la ?te de ciment,

- la viscosit plastique de la pte de ciment,

- la dformation la rupture par cisaillement".

L'exprimentation permet de slection-:ler les caractristiques les plus importantes. Comme il fal:ajt s'y attendre, celles-ci d-pendent de l'usage auquel le bton est destin.

Cette difficult peut tre tourne en dfinissant non pas la maniabilit mais la ~lasticit. Contrairement la maniabilit, ~crit J.P. Bombled, "la plasticit est une ?roprit intrinsque du matriau" et cet auteur prepose de la dfinir cOr.'J!le le rapport de la cohsion la dformabilit. La plasti-8it est dfinie; pour la maniabilit, il Eaudra attendre la troisime tape.

De l'existence d'une proprit intrin-sque. Il est facile de montrer que la condi-tion d'existence d'une proprit intrinsque P (a) n'est pas toujours vrifie, mme appro-x~mativement et que la forme requise pour la proprit d'usage

P(a,b) = P(Po(a),b),

est loin d'tre triviale. Nous le montrerons sur un exemple.

Supposons que la proprit d'usage soit l'aptitude des btons hydrauliques tre scis. Au cours du sciage, la lame use le bton, le bton use la lame qui prend son fil. La facilit du sciage dpend du fil de la lame lequel, son tour, dpend du bton; la lame doit tre choisie selon le bton scier. Il en rsulte que, dans l'exprpssion de la proprit d'usage, les composantes du para-mtri intrinsque s'imbriquent avec celles

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du paramtre extrinsque; il n'est pas pos-sible (mme approximativement) de classer les btons indpendamment des lames. La "sciabilit" proprit intrinsque du bton, n'existe pas.

D'une manire gnrale, le suffixe "abilit" sous-entend trop facilement l'exis-tence d'une proprit intrinsque et il se-rait utile notre avis de ne l'employer, dans le langage technique, qu'aprs avoif prouv exprimentalement cette existence 8).

Nous avons montr exprimentalement [4-5J que, si la proprit d'usage vise

tait la porosit du bton en place, elle tait susceptible de prendre la forme requise deux conditions qui dfinissent un domaine d'existence de la fonction intrinsque:

- pour les composantes du paramtre intrin-sque a : le dosage en ciment doit tre voi-sin d'un dosage optimal;

- pour les composantes du paramtre extrin-sque b : les conditions de miso en place doivent tre comprises entre la simple chute par gravit~ et l'coulement sous l'effet d'une vibration pas trop puissante (celles du maniabilimtre LCL) .

Sans revenir sur le support experlmen-tal, il convient cependant d'admettr~ ~e la vrification n'est jamais termine [j-5J puisqu'il faut faire varier toutes les compo-santes du paramtre extrinsque et vrifier qu'elles n'influent pas sur le classement des btons. Cette vrification ne doit pas tre considre comme faite une fois pour toutes mais au contraire doit se poursuivre au fur et mesure que se dveloppent les interven-tions du laboratoire et que se diversifient les techniques de chantier (nouvelles compo-santes de b).

De l'usage au besoin (essai de rappro-chement entre deux attitudes prsentes) A ce stade de notre comparaison, on pourrait craindre qu'il n'y ait rien de commun entre les deux dmarches. D'un ct, la notion de maniabilit semble s'vanouir en proprits multiples, de l'autre, on affirme l'existence d'une proprit intrinsque unique. En fait, il est heureusement possible de reconstruire la synthse ncessaire en utilisant par exem-ple le vocabulaire de T.P. Tassios. Il faut, pour cela procder en trois temps :

1) ~ontrer que la compactibilit est effecti-vement une proprit intrinsque et, pour cela. comparer les classements,d'aprs les valeurs de porosits, des btons mis en oeuvre sui-vant des processus diffrents.

(8) En appliquant cette rgle, on ne pourrait proba-blement pas admettre des termes comme finissabilit [16-17J , sgrgabilit [18J, stabilit [14J. L'oppor-

tunit de termes comme "pompabilit" CI 6J, m~bJlit, compactabilit (mobility [1 tJ, spreadability li 6J) doit itre tudie.

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2) ~ontrer que la mobilit est galement une proprit intrinsque : pour cela, comparer les classements,suivant les v~leurs de temps d'coulement,des btons soumis des proces-sus de mise e~ place diffrents.

3) Comparer les classements entre les btons suivant les valeurs de la mobilit ou de la compactabilit.

Nous avons tait en laboratoire l'exp-rimentation correspondante. En ce qui concer-ne les points 1 et 2, elle ne fut malheureu-sement pas conduite de manire cerner le domaine d'existence de la proprit intrin-sque ~J. Nous considrons cependant qu'une relation entre porosit et temps d'coulement implique l'existence des proprits intrin-sques mobilit et compactabilit et, du m-me coup l'identit des classements suivant les valeurs de mobilit ou de compactabilit.

HoL,ili t et compac tabili t sont des proprits indpendantes en principe, si l'on considre les mcaniques en jeu, mais dpendantes en pratique, car les paramtres susceptibles de varier largement dans le ca-dre des tudes comparatives les plus couran-tes sont trs peu nombreux. (9) Dans la grande majorit des cas, la nature des cons-tituants est fixe (lp contexte rgional limite le choix), le dosage en ciment est impos (par le contrat) ; les trois param-tres importants qui peuvent encore varier sont le dosage en eau, la proportion relative du sable et du gravier et le dosage en adju-vants plastifiant en entraneur d'air. La vrification exprimentale de l'existence 1'u~e proprit~ intrins~que doit porter sur les seuls paramtres susceptibles de varier, volontairement ou non. entre les btons com-pars.

Associer porosit et temps d'coule-ment n'est pas loign de la proposition de ceux qui comme T.P. Ta.sstos cu J.P. Bombled sont partis de l'analyse de l'usage: asso-cier cohsion et viscosit (ou cohsion ou dformabilit) pour dfinir la plasticit. A bien des gards en effet, la cohsion de nos mlanges dpend de leur porosit (nombre de ponts entre particules par unit de vo-lume) [19]. La porosit, comme la cohsion, passe par un maximum lorsque la teneur en eau varie; partir des valeurs de porosit et de temps d'coulement, il est possible de tracer un graphique (fig.l) trs analogue ~elui (fig.2) qui, selon T.P. Tassios "offre une image complte des proprits du bton frais en rapport avec sa mise en oeuvre". L'approximation d'une proprit intrinsque unique n'est admissible que dans le domaine des dosages en ciment o les courbes d'isopo-rosit du graphique sont horizontales.

':9) De mme, le seuil de cisaillement et la vis~osit plastique d'une pte de ciment sont des proprits rpologiquement bien diffrentes mais leurs variations en fonction du dosage en eau sont pratiquement iden-tiques.

Igt (!o) __ -,-____ -.-__ .

C c~1: 0,12

r-O-j'-m-.-n-"'-, o-n .....

m Qxim al. du 9,anulat

6 mm,

0,'6 0,20 0,26 ~32

Or'--------------~,--------------r_~~~~~ o 0,5

Fi g. 1 - Variation du temps d'coulement au mania-bilimtre LCL en fonction du rapport ciment/eau pour diffrents dosages en ciment. Courbes d'isopo-rosit.

La seule proprit qui, apparemment, n'est pas prise en compte est la stabilit du bton, le risque de sgrgation des cons-tituants solides ou liquides. Toutefois, toute sgrgation des constituants solides augmente la porosit globale du bton en place, et rciproquement, toute rduction de porosit diminue les risques de sgrgation ultrieure (encore faut-il que la coule de bton n'clate pas comme souvent dans les cas de sgrgation catastrophique, mais alors c'est le processu~; de mise en oeuvre et non le mlange qu'il faut revoir). La sgrgation de l'eau aprs mise en place (le ressuage) dimi