Contenu expert en archives : l’article préserve les affirmations historiques, les tableaux et les diagrammes sur le mortier de ciment et le béton, mais ne constitue pas une conception de mélange, une spécification de matériau, un plan de bétonnage, un calcul de structure, un guide de test ou une évaluation d’un élément existant. La composition, les propriétés, la classe d’exposition, la consistance, la méthode d’installation, l’entretien, le contrôle qualité et les valeurs de conception doivent être déterminés par des experts responsables en fonction de l’objet spécifique, des matériaux déclarés et des normes en vigueur.
Savo Kusić se concentre aujourd’hui sur les fenêtres en bois, fenêtres en bois-aluminium, fenêtres sur mesure, portes et demandes de devis. Cet article reste une archive historique et ne représente pas une offre pour la conception, la fabrication, les tests ou l’exécution de structures en béton.
Données générales
La composition du mortier de ciment ou la composition du béton d’un pilier, d’une structure mezzanine en béton armé, d’un élément en béton traité, d’une dalle de trottoir, d’un arc de pont ou d’une route en béton, sera considérée comme satisfaisante, en règle générale, si l’élément de construction en question est réalisé avec le moins de matériaux et de main d’œuvre de telle manière qu’il soit suffisamment durable et adapté à l’usage prévu. Ce qui doit être considéré comme permanent et adapté à l’usage doit être défini au cas par cas : c’est pourquoi, avant de commencer la construction d’un bâtiment, il est nécessaire de déterminer quelles propriétés doivent avoir le mortier et le béton en termes de résistance à la compression, à la flexion, à la résistance aux intempéries, à l’étanchéité, etc. Il existe de nombreuses instructions différentes à ce sujet dans les règles de construction, ainsi que de nombreuses limitations numériques.
La tâche de l’entrepreneur en construction est de garantir que les valeurs des propriétés individuelles correspondent aux valeurs requises. Les propriétés du béton peuvent être grandement influencées si les connaissances disponibles aujourd’hui sont utilisées.
Conditions de réalisation de bétons aux propriétés homogènes
Si la résistance à la compression d’un élément de construction après 28 jours doit être de 40 MPa, ou si pour le béton d’une structure de chaussée, il est exigé que la résistance à la flexion après 28 jours soit de 4,5 MPa, alors ces valeurs limites ne doivent être dépassées en aucun endroit ; la valeur limite inférieure peut être proche de la valeur conditionnelle. Si des limites plus étroites sont respectées lors de l’exécution de l’objet, mieux l’entrepreneur accomplit sa tâche. Il est très préjudiciable que les valeurs conditionnées soient bien en deçà de certains endroits, ne serait-ce que quelques-uns.
Valeurs historiques et recettes : Les chiffres, proportions, marquages, procédures d’entretien et limites ci-dessous ont été transférés de l’article original pour préserver le contenu. Ils ne doivent pas être utilisés comme recette moderne, comme critère d’acceptation ou comme substitut à la conception du mélange, aux tests de laboratoire, aux déclarations de matériaux, au plan technologique et aux réglementations applicables.
Résistance à la compression du mortier de ciment et du béton
La taille de la résistance à la compression dépend en grande partie des propriétés du ciment, de la quantité de ciment, de la quantité et de la composition du sable et des granulats, de la quantité d’eau dans le béton lors de l’installation, de la méthode d’installation, etc.
Tableau 1. L’influence de la quantité de granulats pour une même quantité de mortier.
1. Ciment
Les résistances à la compression des mortiers de ciment et des bétons ont été déterminées par des observations antérieures et sont définies par la réglementation.
2. Quantité de ciment
Selon la fig. 1a, la résistance à la compression augmente avec l’augmentation de la quantité de ciment si la proportion de mortier dans le béton reste la même, tandis que la quantité de ciment dans le mortier augmente et la consistance du béton reste constamment inchangée. Si la quantité de mortier reste inchangée et que seule la quantité de granulats augmente ou diminue, la résistance ne changera que légèrement tant que la quantité de mortier est suffisante pour contenir tous les grains de granulats. La résistance à la compression du béton n’augmentera pas indéfiniment avec l’augmentation de la quantité de ciment - seulement jusqu’à une certaine limite. Passé cette limite, l’augmentation de la résistance sera insignifiante par rapport au prix, qui augmentera sensiblement avec l’augmentation de la quantité de ciment. La quantité optimale de ciment pour le béton 1 m3 est 300-350 kg.
Tableau 2. L’influence de la quantité de sable dans le béton.
3. Quantité de mortier dans le béton
La résistance à la compression du béton est déterminée par la résistance du mortier, comme le confirment les tableaux 1 et 2. Ceci n’est valable que si la résistance du granulat est supérieure à la résistance du mortier et si la quantité de mortier est suffisante pour recouvrir complètement les gros grains du granulat.
4. Composition granulométrique des granulats
L’utilisation du liant sera pleinement atteinte si la composition granulométrique des granulats dans le béton correspond aux proportions indiquées graphiquement sur la figure 2. Dans la figure 2, la courbe entièrement étendue s’applique aux graviers de rivière et concassés. Cette courbe montre que 25% du granulat total doit passer à travers un tamis avec une ouverture #0,2mm ; 65% doit passer au tamis de diamètre #3mm. La limite supérieure du granulat est déterminée par un tamis d’un diamètre de #7mm.
Les normes actuelles pour déterminer la composition granulométrique des granulats sont différentes. Il existe quatre fractions globales : 0/4mm, 4/8 mm, 8/16mm et 16/31,5mm. Les catégories globales sont déterminées en fonction de la quantité de grains en surpoids et en insuffisance pondérale.
Fig. 1.
Fig. 2.
5. L’influence de la quantité d’eau sur le béton frais
La résistance à la compression du béton dépend dans une large mesure de la quantité d’eau ajoutée. La plus petite quantité d’eau à laquelle le béton atteint la résistance la plus élevée est obtenue lorsque, lors du compactage ou de la vibration du béton, des signes de « transpiration » clairement visibles apparaissent, c’est-à-dire lorsqu’une fine couche de lait de ciment se forme lors du compactage. Avec une nouvelle augmentation de la quantité d’eau, la résistance à la compression diminue. Dans ce cas, le facteur eau-ciment est en premier lieu - le rapport entre la masse d’eau et la masse de ciment et 1 m3 de béton. Le facteur eau-ciment optimal pour obtenir une hydratation complète est 0,38 - 0,42. En pratique, cela est difficile à réaliser et ces valeurs sont dérivées expérimentalement, mais c’est certainement un objectif visé. Si la quantité d’eau est insuffisante, le ciment ne pourra pas s’hydrater complètement et le béton n’atteindra pas la résistance prévue. L’ajout d’eau lorsqu’il n’est pas nécessaire « étouffe » également le béton, de sorte qu’il n’atteint pas sa résistance nominale. Une fois le béton installé, il est nécessaire de l’entretenir régulièrement pendant les sept jours suivants. L’entretien consiste à pulvériser/arroser la surface du béton afin de compenser l’eau évaporée et pour que le ciment puisse s’hydrater comme prévu.
6. Effet de la température
Lors de la construction de bâtiments pendant la saison froide, le béton doit être stocké de manière à ce qu’il ne soit pas exposé à l’influence du gel avant que le durcissement ait progressé au point que la résistance à la compression soit d’au moins 10 MPa. Si cette procédure est effectuée sans plus tarder, l’effet nécessaire peut être obtenu tout d’abord en ajoutant de l’antigel, un accélérateur, etc. L’antigel empêche le gel de l’eau dans le béton préparé et les accélérateurs accélèrent le processus d’hydratation, extrêmement lent en hiver. On peut également utiliser du ciment d’aluminate, particulièrement adapté aux travaux par temps de gel, s’il s’agit de bâtiments de petite taille. Si le béton saturé d’eau est fréquemment exposé à des gels et dégels répétés (par exemple dans le cas d’installations hydrotechniques), alors une destruction peut être attendue si le béton au début du gel a une résistance à la compression inférieure à 15 MPa. En cas de températures élevées de l’air et des matériaux, le béton doit être constamment maintenu humide et frais. Il est également obligatoire de recouvrir la masse de béton frais de tout matériau empêchant l’échauffement de la surface du béton. Sous l’influence de températures élevées (supérieures à 50 °C), l’évolution de la résistance à la compression du béton est imprévisible si les soins ne sont pas adéquats.
Sécurité et performances : la poussière de ciment et le béton frais peuvent endommager les yeux, la peau et les voies respiratoires, et les malaxeurs, pompes, vibrateurs, coffrages, étais et éléments lourds comportent des risques mécaniques supplémentaires. Les additifs ne sont pas ajoutés arbitrairement et les références historiques de temps froid et chaud ne sont pas utilisées sans recette approuvée, fiches techniques, plan de bétonnage, équipement de protection et supervision.
Résistance à la traction du béton
La résistance à la traction du béton dépend en grande partie de la taille de la section transversale des éprouvettes. En augmentant la section transversale des éprouvettes, une résistance à la traction inférieure a été obtenue. En testant les prismes de la section 400 cm2, qui étaient constitués du mélange habituel pour béton armé et après avoir vieilli pendant environ trois mois à l’air humide, des résistances à la traction d’environ 1,2-2 MPa ont été obtenues. Mélanges spéciaux pour tuyaux, etc. ils donnaient environ 4 MPa et même plus, si l’épaisseur des corps d’épreuve correspondait à l’épaisseur utilisée dans la pratique. Pour le béton projeté (béton projeté préparé sur chantier), jusqu’à 3,6 MPa a été obtenu. L’allongement du béton jusqu’à la rupture, mesuré en millimètres à 1m, s’est avéré être en moyenne de 0,07-0,13 mm/m.
La résistance à la traction du béton est négligeable par rapport à sa résistance à la compression. Dans presque tous les cas, on utilise du béton armé doté d’armatures conçues pour supporter les forces de tension dans l’élément. On considère que le béton ne supporte rien en tension, de sorte que les concepteurs sont du côté de la sécurité. La résistance à la traction du béton est dix fois inférieure à la résistance à la compression du béton.
Résistance à la traction du béton en flexion
La résistance à la flexion des poutres en béton à section rectangulaire est supérieure à la résistance à la traction des corps de mêmes dimensions. Cela est principalement dû au fait que le coefficient d’allongement du béton augmente plus rapidement que la charge, de sorte que la répartition des contraintes supposée par la méthode de calcul habituelle n’est pas réalisée. Dans une poutre exposée à la flexion, la contrainte de traction la plus élevée se produit uniquement dans le plan limite de la courroie tendue, et lorsque la charge est au milieu de la poutre, même uniquement sur le bord extérieur d’une section.
L’ampleur de la résistance à la flexion des corps âgés de 28 jours, constitués de béton mou ou liquide, s’est avérée être 2-6 MPa ; des poutres en béton compacté, des échantillons de béton projeté ainsi que des échantillons de béton projeté, vieux de plusieurs mois et stockés d’abord à l’état humide puis à sec, ont donné des résultats de résistance à la flexion de 3,2 MPa. Pour les plaques constituées du même matériau qui ont été conservées sous l’eau pendant 8 jours, la valeur de résistance à la flexion de 6,3 MPa.
Retrait, gonflement et fluage du béton
Rétrécissement et gonflement. Fissures de retrait. Contraintes de retrait. Si des corps en béton maintenus à l’état humide sont exposés au séchage, le séchage commencera en surface et progressera vers l’intérieur. À l’extérieur, le béton peut être presque sec à l’air alors que son noyau est encore humide. La couche sèche a tendance à rétrécir, le noyau humide ne rétrécit pas ou ne rétrécit que dans une faible mesure. En conséquence, dans un tel corps en béton, des contraintes de traction apparaissent sur les surfaces extérieures et des contraintes de compression dans le noyau.
Si les contraintes de traction dépassent la résistance à la traction du béton, des fissures apparaîtront en raison du retrait qui pénétreront plus profondément ou moins vers le noyau et apparaîtront dans des endroits de moindre résistance. Au fur et à mesure du séchage, le noyau rétrécit progressivement, les contraintes de traction sur les surfaces extérieures diminuent.
Fig. 3.
Fig. 4.
L’ampleur du retrait du béton dépend du type de ciment, de la quantité de ciment, de la quantité d’eau lors de la préparation, de la composition granulométrique et de l’élasticité des granulats de pierre, ainsi que de l’âge, et surtout du mode d’entretien et du climat, et dans une mesure significative des dimensions de l’élément en béton.
Changements longitudinaux du béton dans les poteaux et poutres exposés à des chargements à long terme. Fluage du béton. Les colonnes qui ont résisté à la charge admissible dans un sous-sol sec pendant trois ans et qui étaient constituées de béton de composition ordinaire ont été constamment raccourcies conformément à la fig. 3, et nettement plus que des colonnes égales mais déchargées. Ces déformations, qui s’effectuent lentement, surmontant le degré de retrait du béton déchargé, sont appelées « fluage ». Le degré de fluage dépend de la composition du béton, de l’importance et de la durée de la charge, ainsi que de l’humidité du béton. Le béton humide flue dans une bien moindre mesure que le béton sec, fig. 4. Le béton séché pendant une longue période sans exposition à une charge ne flue que légèrement sous la charge. Lors d’un chargement en traction, le fluage se produit dans une mesure similaire à celui lors d’un chargement en compression, fig. 5.
Le fluage du béton, c’est-à-dire la déformation constante du béton sous charge entraîne une augmentation de la part des armatures dans la réception de la charge dans le béton armé, ce qui, dans le cas de colonnes fortement renforcées, peut conduire à un soulagement significatif du béton lui-même.
Fig. 5.
Fissures et déformations : les tendances de retrait et de fluage indiquées ne constituent pas une base suffisante pour évaluer les fissures, les déflexions, la capacité portante ou la durabilité d’un objet spécifique. Une inspection, une documentation, des mesures et des calculs sont requis pour la construction existante ; pour les nouvelles constructions, le projet, les propriétés des matériaux, les conditions environnementales, la séquence de construction et les réglementations en vigueur sont pertinents.
Résistance au glissement entre armature et béton
Les barres d’armature dans les constructions en béton armé doivent recevoir pleinement les forces de traction lorsque, pendant la tension, la résistance du béton est dépassée en raison du retrait du béton et de l’influence de forces externes. Pour cela, il faut que l’armature puisse transférer ses charges au béton à travers les surfaces de contact avec le béton, et de telle manière que l’ancrage de l’armature ne se brise pas sous les charges autorisées. L’ancrage est assuré par des crochets aux extrémités des barres. Les types de barres d’armature qui existent, et la division se fait sur la base des nervures transversales, sont : B500A (barre lisse), B500B (barre avec nervures dans une direction) et B500C (barre avec nervures dans deux directions). directions) direction).
Couche de renforcement et de protection : les marquages historiques, la description des nervures et la méthode d’ancrage ne constituent pas la base de la sélection ou des détails du renforcement actuel. Le type d’acier, le diamètre, le joint, l’ancrage, le chevauchement, l’espacement, la couche de protection et l’installation sont déterminés par le projet et confirmés par une documentation traçable et une inspection sur le chantier.
Résistance des mortiers de ciment et bétons à l’usure
Mortiers selon fig. 18 sont également particulièrement bons à cet égard ; en ce qui concerne la composition granulométrique, les instructions données ci-dessus concernant la résistance à la compression doivent généralement être suivies. De plus, une pierre présentant une grande résistance à l’usure et aux chocs est recommandée. Les adjuvants plus résistants que les bonnes pierres dures augmentent la résistance à l’usure du béton s’ils ont une granulométrie et une forme appropriées. Le béton humide s’use plus vite que le béton sec ; l’humidité facilite le ponçage.
Résistance du béton aux intempéries
Lorsqu’il est nécessaire de définir les conditions de production d’un béton résistant aux intempéries, il faut tout d’abord partir de l’expérience acquise sur des structures déjà construites. Tout d’abord, il convient de prêter attention aux éléments suivants :
- Comment choisir une pierre ? - Il y a souvent des difficultés lors du choix de la pierre pour des raisons d’économie, s’il faut utiliser une pierre qui, comme le sable concassé ou la pierre concassée, se révélerait plate et provoquerait ainsi un mauvais encastrement du béton, ou s’il s’agit d’une pierre avec une résistance insuffisante aux intempéries. À cet égard, des exigences strictes doivent être fixées selon lesquelles seules des pierres présentant une bonne résistance aux intempéries doivent être utilisées pour le béton extérieur.
- Quelle quantité de ciment faut-il pour le béton ? - Sur les surfaces extérieures, le béton doit être suffisamment imperméable à l’eau. À cette fin, ce qui a été déterminé concernant l’influence de la composition granulométrique du béton sur la perméabilité à l’eau peut être utilisé et, sur cette base, la quantité de ciment requise peut être déterminée. Certaines quantités optimales de ciment se situent entre 300 et 350 kg par m3 de béton, mais cela peut varier considérablement d’un cas à l’autre (cela dépend de nombreux facteurs).
- Quel type de granulation et quelles propriétés de la composition granulaire du béton devons-nous rechercher ? - Cela dépend du cas par cas - les granulats fluviaux sont plus favorables, de composition inégale ; Les granulats concassés peuvent être de meilleure qualité à certains égards, mais ils contiennent des grains pointus qui pourraient être nocifs dans certains mélanges de béton.
- Quelle résistance du béton est requise ? - Il est beaucoup plus difficile de répondre à cette question que celles qui ont déjà été évoquées. Par conséquent, toutes les propositions précédentes font référence à des opportunités limitées. Afin de résoudre ce problème, plusieurs tests ont été effectués qui ont montré quelle résistance le béton doit avoir pour rester longtemps résistant au gel et au dégel cycliques. Il a été conclu que le béton, avant d’être exposé de manière répétée au gel et au dégel, doit présenter une résistance à la compression d’au moins 15 MPa. Si le béton est traité de l’extérieur, des résistances plus élevées sont nécessaires ; dans un tel cas, il est recommandé de prévoir au moins 25 MPa.
- Quelle consistance de béton convient-elle ? - Quant à la consistance du béton, il est actuellement admis qu’il faut être prudent avec le béton coulé, car avec sa grande quantité d’eau, il favorise l’excrétion, dont les conséquences se manifestent par l’apparition sur chaque couche coulée d’une couche plus ou moins prononcée de mortier à grains fins et riche en eau. Ce mortier a moins de résistance, un plus grand pouvoir d’absorption de l’eau, etc.
- Dans quelle mesure faut-il prendre en compte la forme de l’objet ? - Si, par exemple, la surface extérieure est nivelée, alors plus de neige et de glace sont retenues sur une partie importante du béton que lorsque le mur est traité avec des surfaces lisses. Le trempage peut durer longtemps et c’est pourquoi la congélation et la décongélation à l’état humide sont plus courantes. L’objectif est de réduire le plus possible la présence de neige, de glace et de débris sur le bâtiment.
Dans le cas où le béton est traité de l’extérieur, il convient de garder à l’esprit que la perméabilité à l’eau devient généralement plus élevée et que de gros morceaux de granulats se trouvant à la surface sont brisés avec l’outil du tailleur de pierre. Si le béton traité contient des armatures, une attention particulière est requise pour préserver suffisamment l’effet protecteur du béton (couche de protection) pour les armatures. La pénétration de l’eau dans le béton peut être empêchée dans une certaine mesure par des revêtements/additifs.
La durabilité n’est pas déterminée par une seule valeur : l’exposition à l’eau, au gel, aux sels, à l’usure et à l’action chimique nécessite une sélection coordonnée de matériaux, une couche protectrice conçue, une installation et un entretien contrôlés, un drainage résolu, des inspections et un entretien réguliers. Un revêtement ou un additif ne peut à lui seul compenser une composition incorrecte, une mauvaise installation, des fissures, une couche de protection insuffisante ou une rétention d’eau non résolue.