Historique du beton

GÉNÉRALITÉ ET DEFINITIONS

Le béton est en général un matériau fabriqué à partir du mélange du gravier, du sable, de l’eau et d’un liant. Le liant peut être qualifié « hydrique », lorsque sa prise se fait par hydratation. Ce liant est généralement le ciment; on obtient dans ce cas un « béton de ciment » un des plus souvent utilisés. On peut aussi utiliser un liant hydrocarboné ou bitume, ce qui conduit à la préparation du « béton bitumineux ». Le mélange très fluide de ciment et d’eau est appelé « coulis ». Et lorsque les granulats utilisés avec le liant hydraulique se réduisent à des sables, on parle alors de « mortier ». On peut optimiser la courbe granulaire du sable, auquel cas on parlera de « béton de sable ». Le béton frais associé à de l’acier permet d’obtenir le « béton armé », un matériau de construction courant. Le béton frais associé à des fibres permet d’obtenir des « bétons fibrés ». En résumé, les quatre ingrédients essentiels de tout béton sont le sable, la pierre concassée, le ciment et l’eau. Le béton est le deuxième matériau de construction le plus utilisé mondialement, après l’eau potable.

HISTORIQUE DU BETON

L’invention du ciment par Louis Vicat en 1817, celle du ciment Portland par Aspdin en 1824 et l’installation des premiers fours par Pavin de Lafarge au Teil en 1830 préparaient l’avènement du béton. Louis Vicat commença à caractériser les propriétés des différents ciments en fonction de leur proportion calcaire / argile. Et à partir de là, tout alla très vite. C’est au XIXème siècle que le béton connu les plus grandes avancées. L’évolution du béton est amorcée par John Smeaton.

John Smeaton découvre en 1756 que les chaux effectuant les meilleures prises sont obtenues à partir de calcaire et d’argile et pas seulement de calcaire comme on le pensait jusqu’alors. De nombreux scientifiques s’intéressèrent à ce nouveau matériau. Le pont du Jardin des plantes de Grenoble, premier ouvrage au monde en béton coulé, est construit en 1855 par Joseph et Louis Vicat. Le mariage ciment-métal, appelé ciment armé est fait, puis le béton armé, qui va donner au béton son plein essor. Le premier exemple est la barque de Lambot (1848), le plus significatif, l’immeuble Hennebique à Paris (1898). En 1892, François Hennebique dépose le brevet qui fait de lui l’inventeur du béton armé. L’Exposition Universelle de 1900 le consacre comme « le plus important entrepreneur des travaux publics en béton armé ». Dès 1897, le béton armé entre à l’École des Ponts et Chaussées et sa technique est enseignée aux futurs ingénieurs…dont Eugène Freyssinet, le «père » du béton précontraint qui dépose un brevet en 1929. Après la seconde guerre mondiale, les besoins de logements développent la «préfabri-cation » en France. De 1950 à 1965, le nombre de logements construits chaque année passe de 50000 à plus de 550000. Le béton est à l’honneur. Durant les années 70, on a vu apparaître aux Etats-Unis des bétons ayant des résistances à la compression comprises entre 50 et 60 MPa pour construire les colonnes de gratteciel. Ces bétons étaient fabriqués en sélectionnant avec soin les ingrédients entrant dans la composition du béton ainsi que le réducteur d’eau utilisé et en remplaçant une certaine quantité de ciment Portland par une cendre volante performante qui est inventé par Aitcin P.C en 2001. La fin des années 1980 voit l’arrivée des bétons à hautes performances (B.H.P.) , le béton fibré à ultra-hautes performances (B.E.F.U.P.) ainsi que les bétons fluides (BFL), les bétons autoplaçants (B.A.P.) et autonivelants (B.A.N.) .

LES COMPOSANTS DU BETON

Le béton est composé du ciment, des granulats, de l’eau et éventuellement des adjuvants.

Les ciments

Définitions
Les ciments sont des liants hydrauliques : ils se combinent à l’eau en donnant des composés stables qui leurs confèrent une résistance mécanique. Ils sont constitués essentiellement de silicates et aluminates de calcium. Ils sont obtenus par la cuisson à haute température (1400°C-1450°C) de mélanges dosés de calcaire et d’argile et se présente sous forme de poudres inodores, grises en général.

Les constituants du ciment Portland 

Le constituant principal du ciment Portland

Le clinker
Les principaux composants anhydres obtenus lors du refroidissement rapide du clinker sont :

• Le silicate tricalcique 3CaO.SiO2 (C3S) (50-70% du clinker).
• Le silicate bicalcique 2CaO.SiO2 (C2S) (10-30% du clinker).
• L’aluminate tricalcique 3CaO.Al2O3 (C3A) (2-15% du clinker).
• L’alumino-ferrite tétracalcique 4CaOAl2O3.Fe2O3 (C4AF)
(Ferro-aluminate tétracalique) (5-15% du clinker). (Ferrite)

Rôle du ciment dans le béton 

Le ciment remplit deux fonctions essentielles dans le béton :
– La fonction liant : Elle est déterminante dans la résistance du béton, qui dépend de la nature de ciment, de sa propre résistance et de l’évolution de son durcissement.
– La fonction filler : Le ciment complète la courbe granulométrique du béton dans les éléments fins. Et le développement dans le temps des hydrates du ciment colmate progressivement les capillaires, contribue à diminuer la porosité d’ensemble du béton et améliore notamment sa durabilité.

Les granulats 

Définition
Les granulats sont des fragments de roche, d’une taille inférieure à 125 mm, Ils constituent le squelette du béton. Selon les formulations retenues, ils forment de 70 à 90 % en masse d’un mètre cube de béton. Ils peuvent provenir de la carrière ou extraits du lit de rivières.

Classe granulaire
Le granulat est caractérisé par sa granularité. Cette granularité est déterminée par analyse granulométrique. De là, on déduit sa classe granulaire en termes de dimension inférieure (d) et supérieure (D) de tamis, exprimée par la dénomination d/D, des dimensions exprimées en millimètre.

D’après la norme NFP 18-304, un granulat est dit du type d/D lorsque le rapport D/d étant supérieur à 2, on a :
– refus sur la passoire des trous D … < 10 % ;
– tamisât sur la passoire de trous d … <10 % ;
– tamisât sur la passoire de trous … < 3 %.

Concernant la définition de filler (grain très fin), le passant au tamis de 2 mm doit être ≥ 99 %, celui au tamis de 0,125 mm ≥80 %, le passant au tamis de 0,063 mm est ≥70% .

Les types de granulats 

Selon la norme XP P 18-545, laquelle reprend les normes européennes, trois classes de granulats sont distinctible :
• Le sable : c’est un granulat pour lequel la dimension la plus grande (D) est inférieure ou égale à 4 mm, et dont la dimension la plus petite (d) est égale à 0.
• Le gravillon : c’est un granulat pour lequel la dimension la plus grande (D) est supérieure ou égale à 5 mm, la dimension la plus petite (d) est supérieure ou égale à 2 mm.
• La grave : la grave désigne quant à elle tous les granulats de dimension (d) égale à 0, et dont la dimension la plus grande (D) est supérieure à la limite désignant les sables, c’est-à-dire supérieure à 4 mm (6mm dans le cas de la norme NF EN 13- 242) et ce jusqu’à 90 mm.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
PARTIE I : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
CHAPITRE I: GÉNÉRALITÉS SUR LES BÉTONS
I. GÉNÉRALITÉ ET DEFINITIONS
II. HISTORIQUE DU BETON
III. LES COMPOSANTS DU BETON
1. Les ciments
1.1. Définitions
1.2. Les constituants du ciment Portland
1.2.1. Le constituant principal du ciment Portland
1.2.1.1. Le clinker
1.2.2. Les ajouts
1.3. Les caractéristiques du ciment
1.3.1. Caractéristiques physiques
1.3.2. Composition chimique élémentaire
1.3.3. Compositions minéralogiques
1.4. Rôle du ciment dans le béton
1.5. Choix de ciment pour le béton
2. Les granulats
2.1. Définition
2.2. Classe granulaire
2.3. Les types de granulats
2.3.1. Les sables
2.3.2. Les gravillons
2.3.3. Le grave
2.4. Caractéristiques géométriques des granulats
2.5. Caractéristiques physiques des granulats
2.5.1. Masse volumique apparente
2.5.2. Masse spécifique
2.5.3. Densité absolue
2.5.4. Densité apparente
2.5.5. Compacité C
2.5.6. Porosité P
2.5.7. Module de finesse Mf
3. L’eau de gâchage
4. Les adjuvants
4.1. Plastifiants
4.2. Superplastifiants
4.3. Entraîneurs d’air
4.4. Retardateurs et accélérateurs de prise
CHAPITRE II: FABRICATION INDUSTRIELLE DU BETON
I. PROCESSUS DE FABRICATION INDUSTRIELLE DU BETON
1. Stockage
2. Dosage
3. Malaxage
4. Mise en œuvre
5. Coulage
6. Vibration
CHAPITRE III: LES DIFFERENTES CARACTERISTIQUES ET NORMALISATION DU BETON
I. LES CARACTERISTIQUES MECANIQUES
1. Resistance en compression en 28 jours (Rc28)
2. Résistance à la traction
3. Resistance en cisaillement et module d’élasticité
4. Résistance à la flexion ou module de rupture
II. LES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES
1. Masse volumique
2. Coefficient de dilatation
3. Les retraits
3.1. La contraction de Chatelier et retrait endogène
3.2. Le retrait hydraulique avant prise et en cours de prise
3.3. Le retrait hydraulique à long terme
3.4. Le retrait thermique
III. NORMALISATION DU BETON (Norme NF P 18 305)
1. Bétons Prêts à l’Emploi (BPE)
2. Bétons à Caractères Normalisés (BCN)
3. Bétons à caractères spécifiques (BCS)
CHAPITRE IV: LES FINES D’AJOUT
I. CIPOLINS BROYES
1. Propriétés des cipolins
1.1. Caractéristiques mécaniques
1.2. Constituants chimiques
2. Quelques gisements de cipolin à Madagascar
2.1. Gisement de cipolin dans la région d’Ambatondrazaka
2.1. Gisement des cipolins dans la région Vakinakaratra
II. CENDRE DE BALLES DE RIZ
III. DECHETS DE VERRE BROYE
CHAPITRE V: QUELQUES METHODES DE FORMULATION DU BETON
I. METHODE DE BOLOMEY
II. METHODE DE FAURY
III. METHODE D’ABRAMS
IV. METHODE DE VALETTE
V. METHODE DE JOISEL
VI. METHODE DE DREUX GORISSE
1. Données de base
1.1. Nature de l’ouvrage
1.2. Ouvrabilité désirée
1.3. Diamètre maximale des granulats (Dmax)
2. Dosage en ciment
3. Dosage en eau
4. Tracé de la courbe granulaire de référence
5. Coefficient de compacité (δ)
6. Dosage des granulats
CHAPITRE VI: GENERALITE SUR LES BETONS FLUIDES
I. DEFINITION
II. ROLES DES FINES DANS LE BETON FLUIDE
III. ROLE ET ACTION DU SUPERPLASTIFIANT DANS LE BETON FLUIDE
IV. MISE EN ŒUVRE
PARTIE II : ETUDES EXPERIMENTALES
INTRODUCTION
CHAPITRE VII: CARACTERISTIQUES DES MATIERES PREMIERES
I. LE CIMENT CEM II/A –V- 42,5
1. Les caractéristiques physiques
2. Caractéristiques mécaniques
3. Caractéristiques chimiques
3.1. Composition
II. LES GRANULATS ET LA FILLER CIPOLIN
1. Critère de choix de granulat et de cipolin
1.1. Choix des granulats
1.2. Choix de cipolin
2. Caractérisations physiques des granulats et cipolin broyé
2.1. Teneur en eau
2.2. Masses volumiques apparentes (ρ)
2.3. Masses volumiques absolues (σ)
2.4. Compacité et le Vide
2.6. Coefficient de Los Angeles du gravillon
2.7. Analyses granulométriques
2.7.1. Analyses granulométriques des granulats par tamisage
2.7.2. Analyse granulométrique de cipolin broyé par sédimentométrie
2.8. Surface Spécifique Blaine de cipolin broyé de diamètre d ≤ 50 µm
3. Caractéristiques chimiques des granulats et du cipolin
III. L’EAU DE GACHAGE
IV. LE SUPERPLASTIFIANT : SIKA ®VISCOCRETE®TEMPO12
CHAPITRE VIII: LES ESSAIS DE CARACTERISATION DU BETON FLUIDE A HAUTE COMPACITE
I. L’ESSAI D’ETALEMENT AU CONE D’ABRAMS (FLOW- TEST)
II. ESSAI D’ECOULEMENT DE LA BOITE EN L
III. Essai d’affaissement au cône d’Abrams (Slump- test)
IV. RESISTANCE EN COMPRESSION
V. ESSAI DE TRACTION
VI. ESSAI SUR LA MESURE DU RETRAIT DU BETON
VII. ESSAI SUR LA MESURE DE LA POROSITE ET DE LA COMPACITE DU BETON
VIII. ESSAIS DE DURABILITE DU BETON
1. Test à la carbonatation du béton
2. Resistance aux l’attaques chimiques
CHAPITRE IX: ETUDE DE FORMULATION DU BETON FLUIDE A HAUTE COMPACITE
I. FORMULATION DE BETON ORDINAIRE A PARTIR DE LA METHODE DREUX GORISSE
1. Estimation de la résistance en compression à 28 jours du BO
2. Calcul de dosage des granulats (pour 1 m3 de béton)
2.1. Détermination des proportions des granulats à partir de la courbe de référence
2.2. Calcul de dosage en S et en G
3. Résultats et interprétation
4. Conclusion
II. FORMULATION DE BETON FLUIDE A HAUTE COMPACITE A PARTIR DE LA RECOMMANDATION DE L’AFGC
1. Dosage en Ciment
2. Dosage en Eau
3. Dosage en fines de cipolin
4. Dosage en superplastifiant
5. Dosages en sable et en gravillon
6. Etude préliminaire
6.1. Résultats et interprétations
6.2. Conclusion
7. Influence de la variation des fines de cipolin par rapport au ciment
7.1. Résultats et interprétation
CHAPITRE IV: AVANTAGES ET APPLICATIONS DES BETONS FLUIDES A HAUTES COMPACITES
I. LES AVANTAGES DU BETON FLUIDE A HAUTE COMPACITE
1. L’ouvrabilité
2. La qualité d’apparence
3. La qualité physique et chimique
II. LES APPLICATIONS PRIVILEGIEES
CHAPITRE XI: APROCHE ECONOMIQUE ET ENVIRONNEMENTALE
I. COMPARAISON DU COUT DE 1m3 DE BFLHC ET DE BO
II. ENVIRONNEMENT ET BETON
1. L’Impact sociaux
2. Le bilan de CO2
3. L’analyse du cycle de vie
CONCLUSION GENERALE

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