MIN1STËRE DE L'.ËDUIPEMENT

LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSS.ËES

pé<:emlbre 1976

ISSN 0085-2643

La composition du béton hydraulique

du laboratoire au chantier

J. BARON R. LESAGE

La composition du béton hydraulique du laboratoire au chantier

J. BARON Docteur és Sciences

R. LESAGE Docteur d'Université

Département des bétons et métaux Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

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

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

sur les propriétés mécaniques et rhéologiques.

Jacques BARON né le 25 février 1938

Ingénieur civil des Ponts et Chaussées

René LESAGE né le 25 octobre 1928

Docteur de l'Université Maître de conférence à l'Ecole nationale des Ponts et Chaussées Professeur à l'Ecole normale supérieure de l'enseignement technique Conseiller scientifique de la section des bétons hydrauliques

Entré au Laboratoire central en 1950 Inventeur du maniabilimètre LCL Chargé des études sur le béton frais et sur les granulats pour béton. (qualité et comportement du matériau béton) du LCPC

Sommaire ___________ _

Résumé 3

Présentation, par M. Ray 4

Chapitre 1 Béton frais 6

Chapitre 2 Proposition pour une définition de la maniabilité 13

Chapitre 3 Maniabilité et rhéologie 25

Cnapitre 4

Chapitre 5 -

Bibl iograph ie

Vers une règle de similitude pour la fabrication

des éprouvettes

Méthode expérimentale de composition

Résumé en anglais, allemand, espagnol et russe

MINISTËRE DE L'ËQUIPEMENT

LABORATOI RE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSËES

58, boulevard Lefebvre - 75732 PARIS CEDEX 15

Tél.: (1) 53231 79 - Télex: LCPARI 200361 F

DËCEMBRE 1976

34

40

51

52

Nos lecteurs étrangers 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.

résumé 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 RlllÏ mCI>cm (l H/ /OII}(tl / IIU Il O.lleu /CII 6 'i'OH/le oln'/ema.

On souhaite prévoir le compor tement du béton au cours de la mise en oeuvre d ans n'importe quelle condition pilrticul!êre de chantier, 3 partir d ' essais de labo ­ratoire bien codifiés . Une prévision de portée g~néralc dev r ait être fondée sur la connaissance des 101s scientifiques régissant l ' écoulement; elle parai t ac ­tuellE'lllen t hors d ' atteinte . En r evanche , .me prlivislon limitée, valable pour cer­taines compositions de béton et ~ertains procédés de mise en oeuvre est tout a fait possible et utile . La démarche d ' ensemble de cette étude est présentée dans le chapitre l et les différentes étapes sont développées dans les chapitres s u i vants .

L'existence d'un domaine de prévls~on est une propriété du bêton frais lorsque le dosage en élême n ts fins est voisin ti~ l 'optimlln. F.llp. correspond a l ' ex i stence d'une proprié t é approximativ ement !.:r::rinsêque du bêton frais , suffisante pour ca ­ractériser son aptitude ~ être mis en oeuvre: la maniabilité . Les frontiè r e s d u domaine de prévision possible , c ' e.it.· '}_dire du domaine C'>'~ lA nanlabilité cor r es ­pond li une approximation utile , peuv.mt êtr e étudiées expl>rimentalement (:ha-pitrt:l II) .

Cette définition de la mani a bili;é e!it J:.1cn sOr utilitaire ; mais elle est aussi scientifique par SOn aspir a t i on : la prév ision. Elle constitue u ne position d 'at­tente raisonnable tant que les lois !iclentifiques de l' écoul emen t nou !> échappent . Un seuil de cisaillement , une Vi3cosité p lastique , peuvent êt r e moins in tr insèques que cette maniabilité HI l'li , cOlTUoe c'est ~ craindre, les hypothêses fondamen tales de la rhéoloqie (continuité, concept de petit volume élémentaire) ne sont p lus satisfaites . Par ailleur s , dans les tentatives actuelles, la pondération relat i ve de l ' influence de chacune des caractçristi~uee rh~oloqiques est souvent implic i te et toujours arbitr aire (chapitre Ill; .

A l ' intérieur du dorraine de prévision, o n peut ci\ractfriser tout pl;"océdé de mi se en oeuvre pa r une seule valeur : celle de la ~anj ~r. jlit~ critique. Cela fournit une règle de similitude utile pour la fabricat ion des éprouvettes . Lor sque cette rêqle est appliquée, le béton le plu~ rêsista~t sur ~prOuvette est aussi (en prin­cipe) le plus résistant dans l ' ouvrage. Il n'y a plus de contradiction entre la recherche des meilleures résistances 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 maître d ' oeuvre (cha pi tre IV) .

Le meilleur bêton est celui qui, à dosage en eau con::;tant , est le plus man iable: cette condition permet de déterl"'l: . l"'er cxpérimcnta l ell"ent les proportions relatives des constituants solides. Sa ma n '.abi ~ . itt'! floit être j uste Eupêr ieure " la man i abi ­l i té critique, caractt'!r lstique d e s c<mdit1om: de mise en oeuvre du chantier: cette condition permet de dtterllliner E';;pé r imentalE'ment le dosage en eau . La m~thode de composition LPC es t expé.rimental l ~ et ellC' est susceptil'le d'll"'dic;uer l ' incid ence de toute variation 6cc i dente l le d'un parar.lètre sur la rll"sistance du béton en p lace . Elle n'es t f v idemment valùl::le qu · '" l'intérit>ur du dOlrainp. de pr~vj sion (chapitre·n .

'1 0TS - CLES - 32 - bfton hydra'lliCiue frai s - maniabilité - éprouvette similitude - méthode 1 LPC 96 .

- con'pesition du Il'tlange - prévision - l.' é'.:on chantier ~ porositl' - opllmull'. - laborato i re -

3

4

PRÉSENTATION

M. RAY

Che/de la section des bétons hydrauliques Laboratoire central des Ponts et Chaussées

1.0 mi..6e au point de méthode!.> de c.ompol.J~ti.en de bétoM hudltauliQue!.> de!.>tinée!.> (( tJtouvelt .l'.e "meM'..I'.eUlt" béton a été un l.Jujet de pltédi.tec.üon pOUlt .l'.e!.> inRénleuM 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 étant c.haudement paJtfuan d'une cy}tta{.ne manûlte de ~cUJte.

Cette ltedteJtc.l,e de .l'.ct compaùtii maximaL:. doit ;tou;teùo~~ p,'l.end,'l.e en c.ompte .ta pOMibiWé 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 béton. L'on n'a mallteulteul.Jemen.t pM enc.olte tJtouvé fe!.> moueM ma;Cc,ùe;J., de meLtlte en p.l'.ac.e, en toute!.> wc.Jnl.danc.e!.>, .l'.e béton avec. une quantité d'eau ju~.ti2 6U,) ~i5 c:r~te ,';. .["lIjd!t,ïto;t{.on totale du ctmen.t et i.l'. e~t donc. néc.e!.>l.Jailte d' avoilt un mouen de me!.>ulte d'une c.OJto.c.téll.ùtique du bétail 1ltlû!.> lteYlltéMntaUve de Mn c.ompolttement vù-?i-v~ de!.> mouenl.J ltab~eUement utieùél.J.

DaM .l'.e pltél.Jent ltappOltt, fe6 auteuM eX;JJtimej(,t .l'.e!.> ltél.JuUatJ.J obte.nM en c.e domaine au c.OUl1J.l d'une dizaine d'année!.> d'expéJwnentatioal.J et .l'.el.J idé.el.J qui en Mnt Ùl.Jue!.>. Son intéJtêt e!.>l.Jen­tie.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!.> .éndéc.aUoM I.JÛJtel.J l.Jult f,1 1oltlnu.fe dlt béton. Un aubte .Ülte.ltêt, e!.>t .l'.a de!.>c.Jtip­tion de .l'.a méthode expéllimenta.e.e de c.ompoûtion. L' oJÙRinalité de c.et.te méthode poJt.te I.JUIt deux pointI.J :

- EUe c.ompoltte une Itec.heltc.f!e expéJtimenta.telndiJtecte de fa c.ompaci..té pM .l'.'inteJtmr.diailte de. fa man<'-abiüté, mouell l.Jimpfe, c.ommode et M.nlibRe et que f'on peut lteüeJt aux be!.>oiM du c.ltantieJt. Le c.Mac.tèlte bi -un<'-voque de f,l lte.ecltÙJYl c.ompacUé -mmuabiLété, daM .l'.e domaine de!.> bétoM habitueR!.> a, au r:JIt(5afabRe, été eXYléltimen,ta.l'.ement véltikLée pM un tJtèl.J girond nomblte d'e!.>M~w.

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

Ce deJtn<'-eJt po.{.nt el.Jt pMtic.u.tièltement ilnY.Jolttant : if ne l.Jembfe, en e~~et PM pOMib.l'.e, c.ompte tenu de!.> c.adenc.e!.> d' exéc.ution ac.tue.UeI.J, de .l'.anc.eJt de!.> ~abltic.aUoM impolttant~~ MM Mvoilt queUe!.> Mnt .l'.e!.> c.OIt6équenc.e!.> deI.J va~i.a.t{oM de dOMRC. et dalle. .l'.el.J wque!.> Y.Jw en c.ompte vù­li -v~ del.J c.Mactéltil.Jtiquel.J du béton ~lta.~ ou dUile<'-. (ln a intéltê.t daM tOM .l'.eI.J c.M il obten<'.Jt

de;, c.OJlactéWUque;, te;, mO-<-M "pOÙU:UIù~" pOM-<-bte;, et une étude &qne de c.e nom (au MM de t'éplteuve d'étude de;, tex.;te;, ltégtementMlte.6 ou de ta noltme NF P 18 "102) doù pouvo-<.!t M lté.6umelt .6U1t un gltaplUque ûmpte du t1lpe .6U-<-vant :

)

E = ete

(!) C = Cte

G/K = Cte

- Recherche du rapport optimal

S en-­

K+G - Jugement de la sensibilité de la formule aux variations

de ce rapport

Maniabilité (en secondes)

40 -,,--+---

30---+----->~

- Recherche du dosage en eau adapté à un mode de mise en place

déterminé

- Jugement de la sensibilité de la formule aux variations

de ce dosage en eau

/ / ICône}

-+----~~------~--~------_+20-~--------~,~-------------­

/ " /

/

-;------;-----t-----t10--t----yr----;------=-----

s

K+G~----_T~----~---~--T_----_1-~---+_----~ en % 0,45 0,40 0,35 150 160

Résistance à la compression (N/mm 2 )

170 Eau

en litres , -+------+-----r---~45-----~~~_;-----------

40

\ --+-------------------4-------+35----------------+------------------

- Connaissance éventuelle des variations de résistance

dues à des variations du rapport S

G+K

- Connaissance du niveau de résistance obtenu et de ses variations

quand le dosage en eau varie

C'e;,t d' MUeuM MUO une ~oltme ana.i'.o(Jw~ que ta c.omm-<-M-<-on d' a!lltémen:t de;, bétOM 6ab!t-<.qué.6 en uo-<-ne demande que te;, étude;, de bétOM lU-<- .6Oùnt plté.6 entée;, .

On peut en Mn ltemaJtqueJt qu'une teUe étlLde nŒc.e;,.6-<-:te un nomblte de !jâc.hee;, d' e;,.6M Ite.i'.a:t-<-vemen:t -<-mpoJt:tan:t et queUe e;,t donc. ptuo c.oû.:teuo e qu'une ana.i'.I./.6e !lltanutoméruque, ajuotée eMuùe .6U1t un gJtaplUque. Ce n' e;,t toute6o~ qu' Ct c.e. p!t-<.x que t'on peut c.ommenc.eJt une ~ab!t-<.c.a:t-<-on -<-mpoJt:tan:te pOUlt un gltand ouvlta!je d' aJt:t ou une Itoute. en béton .6aM pltendJte te wque de tâ:tonnemen:t.6 nom-bit eux et a.i'.éato-<.!te;,.

Ce JtappoJt:t de ltec.heJtc.he e;,t en 6aù c.oMUtué de deux aJtÜc.te;, publié.6 daM te BuLe.e:t-<-n de lia.i..6on de;, Laboltato-<.!te;, de;, Pon:t.6 et Cltauo.6ée;, (N° 84 JU-<-t. Aoû.:t 76), d' une c.ommuMc.a:t-<-on au .6em-<.nMlte RTLEM de Leed6 (maJt.6 1973) et de deux c.ommun-<-c.aUoM au c.oUoque de t'AFREAI et du gltoupe nltançM.-6 de Ithéotog-<-e de;, bétOM (déc.emblte 1973). &en qu'il-6 aùn:t été lté&Aé.6 fi de;, date;, &61éltente;, et pOUlt de;, audùo-<.!te;, &6'1élten.t6, il e;,t ar.JpaJtu oppoJt:tun de lte!lltoupeJt t' eM embte en un .6 eut do c.umen:t.

5

6

RÉSUMÉ

L'opinion suivant laquelle il faut trouver un compromis entre la maniabilité et la résis­tance mécanique du béton est très répandue.

L'accent est mis dans J'article sur la possi­bilité, dans certaines conditions, de considérer la facilité de mise en place et la qualité du béton comme compatibles.

Une définition de la maniabilité est donnée, valable dans un certain domaine de dosages en ciment et de modes de mise en œuvre.

Les applications sont une méthode de composition des bétons et une règle de simili­tude qui permet d'établir un lien entre la mise en œuvre du béton dans les éprouvettes et dans J'ouvrage.

Mots clés : 32. Béton frais - Béton hydrau­lique - Maniabilité - Laboratoire - Chantier -Composition du mélange - Porosité.

CHAPITRE 1

Le béton frais

Extrait du Bulletin de Liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées n° 84 de juillet-août 1976.

L A plupart des laboratoires de génie civil o'nt com­mencé leurs études sur la mise en place du béton frais au cours des années 50. A cette époque, il y avait entre l'homme de chantier et l'homme de labo­ratoire un malentendu préjudiciable à la qualité des ouvrages. En caricaturant un peu on peut dire qu'à force de réquire la porosité des éprouvettes on aug­mentait fortement le risque d'avoir des cavernes catas­trophiques dans les ouvrages car le béton idéalement compact devenait impossible à mettre en œuvre.

Depuis cette date, les recherches faites dans ce domaine sont très nombreuses; elles nous ont appris beaucoup sur le comportement du béton frais; les connaissances sur l'écoulement des pâtes de ciment ont même 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 matière de compo­sition de béton, de sorte que le béton jugé le meilleur en laboratoire soit également le meilleur sur chantier.

LE MANIABILIMETRE LCL (Laboratoire central -Lesage)

Cet appareil de conception empirique vise à repro­duire, en laboratoire, les conditions de mise en place du béton par vibration usuelles sur les chantiers de génie civil et de bâtiment.

En tant que dispositif de simulation, le maniabilimètre LCL présente l'avantage d'être réaliste : la vibration sert à compacter le béton mais également à le dépla­cer; bien que ce ne soit peut-être pas recomman­dable, il en est souvent ainsi en pratique.

En tant qu'appareil de repérage d'une « consis­tance » par mesure d'un temps d'écoulement, il présente l'avantage de fournir une indication sensible et reproductible pour une étendue impor­tante des dosages en eau dépassant largement, vers les valeurs faibles comme vers les valeurs fortes, les dosages en eau normalement utilisés en pratique.

Ces avantages furent déterminants dans toutes les étapes de notre recherche.

Le principal inconvénient du maniabilimètre à bé­ton est d'être lourd (110 kg) ; il existe un mania­bilimètre à mortier, réduction du précédent à l'échelle 1/3, très commode pour les études. Ces deux appareils font l'objet d'un mode opé­ratoire du ministère de l'Equipement [1].

POROSITE ET CONSISTANCE [2]

Autant de consistances que d'appareils de re­pérage

Le maniabilimètre LCL mesure la maniabilité du béton hydraulique, du moins si on entend par « maniabilité» une propriété intrinsèque du maté­riau. Nous dirons seulement que l'appareil mesure « une consistance» du béton frais c'est-à-dire une propriété technologique, destinée, certes, à compa­rer l'aptitude à l'écoulement et à la mise en place du béton frais mais qui n'est définie avec précision que par référence à l'appareil qui sert à la repérer (l).

En raison de cette définition on ne peut pas par­ler de la consistance d'un béton mais seule­ment 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 Glan­ville, etc.

Même conventionnelle, la consistance est utile

Une consistance du béton peut être repérée en laboratoire avec l'un ou l'autre de ces appa­reils. Mais cette propriété n'est pas intéres­sante en elle-même; elle n'intéresse le construc­teur et le maître d'œuvre que dans la mesure où la qualité du béton dans l'ouvrage est influen­cée par les difficultés 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 résistances! Dans les fascicules du ca­hier des prescriptions communes (CPC) et du cahier des prescriptions spéciales (à l'ouvrage) (CPS), la qualité du béton est en général carac­térisée par sa résistance mécanique en compres­sion. On sait depuis Féret (A. P. et Ch. 1892) que cette résistance dépend surtout, lorsque la na­ture des constituants est donnée et lorsque le

1. Notre définition de la consistance est différente de celle qu'ont utilisée des auteurs comme M. Duriez et R. Peltier. Ils distinguaient une propriété «statique» mesurée par l'affais­sement au cône et une propriété «dynamique» mesurée par le temps d'écoulement sous vibration dans le maniabilimètre. Dans la logique propre à notre démarche, il ne nous a pas paru nécessaire de maintenir œtte distinction.

dosage en ciment est fixé, de la teneur en eau et" en vides du béton en place. Nous appellerons porosité (2) du béton frais la proportion volu­mique de l'air et de l'eau dans le béton en place (3).

En pratique, le dosage minimal en ciment imposé par les règlements est très généralement celui retenu pour l'étude; par ailleurs le choix des constituants est fortement orienté par les consi­dérations économiques locales. Le rôle du labo­ratoire est donc surtout d'aider le maîtr·e d'œuvre et le constructeur à obtenir le béton le moins poreux en place. Pour cela il doit tenir compte des moyens de mise en œuvre du chantier. Depuis longtemps l'homme de laboratoire en tient compte d'une façon intuitive en se fondant sur les résultats donnés par l'appareil de repérage de consistance dont il dispose et sur son expé­rience.

Porosité et consistance : un compromis?

Afin de rapprocher les points de vue du labo­ratoire et du chantier, beaucoup de praticiens ont exprimé l'idée qu'il fallait trouver u'n compro­mis entre porosité et consistance. Cette idée de compromis, si elle est de nature à apaiser les esprits au cours d'une réuriion est, en revanche, très peu commode à préciser en laboratoire. D'ail­leurs, dans certaines conditions, consistance et porosité n'apparaissent pas comme deux carac­téristiques contradictoires (c'est-à-dire telles que ce qui améliore l'une nuit à l'autre) mais, au contraire, comme deux caractéristiques étroite­ment reliées, en sorte qu'un changement de com­position qui diminue la porosité améliore du mBme coup la consistance. Ainsi, dans l'appareil Glan­ville, appelé aussi « compacting factor appara­tuS» [2], c'est la mesure du poids de l'éprou­vette qui fournit un repérage de la consistance.

Considérer la porosité et la consistance comme deux propriétés compatibles dans certaines condi­tions est un changement de perspective par rap­port à la manière habituelle de penser. Nous pensons utile de montrer ici avec plus de pré­cision en quoi il consiste et pourquoi il est pos­sible,

Partons d'un béton trop mouillé (fig. 1) et dimi­nuons progressivement son dosage en eau. La consistance, qu'elle soit repérée par un temps d'écoulement ou par affaissement au cône, par exemple, varie de façon monotone; au contraire, la porosité, mesurée après une mise en place défi­nie, passe pal' une valeur minimale. D'un côté la porosité augmente progressivement au fur et à 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 em­plis d'air.

2. La porosité du béton est la porosité inter-granulaire indé­pendante de la porosité propre aux granulats.

3. Dans notre première publication [2] nous utilisions la notion de compacité qui a l'avantage d'être plus parlante. Nous l'avons abandonnée après nous être aperçus qu'il existait dans la littérature deux définitions différentes de la compacité, l'une comptant comme vides les espaces emplis d'eau l'autre les comptant comme pleins.

7

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

Porosité du béton en place

Fig. 1 - Les deux moyens d'atteindre expérimentalement le « sommet» c'est-à-dire le béton de porosité minimale et de résistance maximale.

Nota : Nous avons inversé le sens de l'axe des porosités afin de mieux illustrer l'idée de «sommet» il atteindre.

Ces faits bien connus permettent de distinguer deux cas: - lorsqu'il y a trop d'eau, plus le béton s'écoule facilement, et plus il est poreux après mise en place; porosité et consistance apparaissent comme deux propriétés contradictoires entre lesquelles il faut chercher un compromis; -- lorsqu'il n'y a pas assez d'eau, plus le béton s'écoule facilement et moins il est poreux après mise en place ; porosité et consistance apparais­sent alors comme deux propriétés qu'il est possible d'améliorer simultanément.

Pour simplifier notre discussion, nous admettrons (provisoirement) que les essais sont faits en laboratoire dans des conditions identiques à celles du chantier. Cela admis, la composition visée par tous les praticiens du béton hydraulique est celle donnant la porosité minimale du béton en place et correspondant donc au sommet de la courbe donnant la variation de la résistance en compression en fonction du dosage en eau. Bien sûr, pour des raisons de sécurité, on préférera se situer non pas au sommet mais légèrement en dessous du côté de l'eau en excès car la chute de résistance due à un d'osage en eau insuffisant est catastrophique. De toute façon, la composition visée se définit par rapport au «sommet» de la courbe et c'est ce «sommet» qu'il faut trou­ver expérimentalement (1 ).

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

8

tions de porosité et de consistance. Ce 'n'est pas la face habituellement pratiquée mais elle a pour­tant des avantages qui vont maintenant appa­raître car il va nous falloir renoncer à l'hypothèse suivant laquelle il est possible de mettre en place le béton au laboratoire dans les mêmes conditions que sur le chantier.

LA MANIABILITE ET SON DOMAINE OPERATIONNEL

Un domaine opérationnel où la prévision soit possible

Abandonnons, le temps de ce paragraphe, notre recherche du «sommet », de la porosité minimale en place, afin de nous doter d'une méthode d'escalade. Nous souhaiterions pouvoir dire avec certitude qu'un béton s'écoule plus facilement qu'un autre ou, qu'après mise en place, sa poro­sité sera plus faible que celle d'un autre béton. 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'impossibilité pratique de mettre le béton en place au laboratoire dans des conditions iden­tiques à celles des chantiers de génie civil et de bâtiment. Nous devons donc nous poser la ques­tion suivante : Est-il possible de choisir entre deux mélanges celui qui se mettra le plus faci­lement en place sur chantier ou celui qui, une fois en place donnera le béton le moins poreux.

Compte tenu de notre objectif, cette question est fondamentale; or, il est possible d'y répondre objectivement, c'est-à-dire, expérimentalement. On peut, en effet, faire varier les paramètres expé­rimentaux définissant les conditions de mise en place du béton et comparer les classements obtenus dans chaque condition d'essai pour dif­férents bétons.

Domaine opérationnel autour d'un dosage en ci­ment remarquable

Nous avons commencé ce type d'étude en 1966, en faisant varier la fréquence, l'amplitude de vibration, le procédé même de mise en place (par vibration ou simple chute) et le type de ma­laxeur pour la préparation des mélanges [2]. Cette première étude était surtout exploratoire. Nous l'avons reprise avec plus de précision en fai'sant varier méthodiquement deux paramètres de compo­sition du béton : le dosage en eau et le rapport sable fin/sable gros [4]. Cette nouvelle étude nous a montré que la question posée pouvait

1. L'analogie avec l'optimum proctor est évidente. Elle avait d'ailleurs inspiré la méthode Buisson en 1948 [3]. Cependant, à cette époque on pensait que la teneur en eau nécessaire était proportionnelle à la surface spécifique du granulat et donc lorsqu'on ajoutait du sable, on ajoutait en même temps et proportionnellement de l'eau ce qui faussait la détermination de la proportion optimale sable/gravillon. La méthode Buisson conduit en principe aux mêmes proportions relatives de consti­tuants solides que la méthode que nous proposons ici, si l'effet des variations de ces proportions est étudié à teneur en eau constante. IJ faut remarquer que ce n'est qu'à partir du moment où il a été possible de repérer la consistance avec unè bonne précision que l'on a pu s'affranchir des hypothèses sur la relation entre le dosage en eau et la surface spécifique des grains.

avoir une réponse différente suivant les dosages en ciment des bétons comparés : - lorsque les dosages en ciment des bétons comparés 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 mélanges celui qui se, mettra le plus facilement en place, sur chantier ou celui qui, une fois en place donnera le béton le moins poreux ; - lorsque les bétons comparés sont nettement surdosés ou sous-dosés par rapport à cette va­leur de dosage en ciment et que les conditions de mise en place en laboratoire diffèrent de celles utilisées sur chantier (par exemple par 'les dimen­sions des coffrages), il n'est pas possible de faire ce choix avec une précision 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 supérieur donne la variation de la poro­sité (e + v) en fonction du dosage en ciment (c = 1 - s + g) ; tous les bétons comparés ont même consistance (10 secondes au maniabilimètre LCL) et sont mis en place de la même façon. La partie hachurée montre les dosages en ciment situés à l'intérieur du domaine opérationnel de la maniabilité. Les trois graphiques inférieurs donnent la variation de la porosité en fontion de la consistance (exprimée en Ig tLCL) pour des bétons sous-dosés en ciment (graphique de drOite) surdosés en ciment (graphique de gauche) et, enfin, pour un béton à l'intérieur du domaine opérationnel (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 facilité de mise en place (maniabilité, IgtLCL) et la qualité du béton en place (porOSité, e + v).

N os essais ont montré que la valeur de dosage en ciment autour de laquelle le classement est pos­sible est celle pour laquelle des bétons d'égale consistance (par exemple de même temps d'écou­lement LCL) mis en place dans des conditions identiques ont une porosité minimale. En d'autres termes, c'est la valeur optimale du dosage en ciment du point de vue de la composition du bé-

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

De fait, pour le problème qui nous intéresse ici, les propriétés hydrauliques du ciment (prise et durcissement) n'ont pas à être prises en compte; l'important est d'avoir un dosage en éléments fins permettant un remplissage opti­mal (1).

La logique de ce résultat conduit à penser qu'il s'agit d'une propriété générale :

Une condition nécessaire pour pouvoir choi­sir en laboratoire malgré des conditions de mise en place très différentes, le mélange qui se mettra le plus facilement en place dans l'ouvrage est que les dosages en ci­ment et fines inertes des bétons comparés soient voisins du dosage donnant le rem­plissage maximal.

Domaine opérationnel et pratique

D'un point de vue pratique, il reste à savoir si les dosages couramment utilisés sont voisins de cette valeur optimale. Cela nous paraît vraisem­blable car alors que quelques expérimentateurs comme Faury et Joisel ont avancé que le dosage en ciment optimal était inférieur à celui néces­saire pour l'obtention des résistances mécaniques, certains praticiens, au contraire, ont parfois trou­vé utile de rajouter des éléments fins inertes. En fait, le dosage optimal en ciment et fines inertes dépend probablement des conditions de mise en place ce qui expliquerait que certains dosages optimaux trouvés en laboratoire avec une mise en p,lace excessivement énergique soient particulièrement faibles. Nous pensons qu'il se­rait utile d'entreprendre une recherche expéri­mentale sur ce sujet.

Il faut reconnaître que, si le domaine des do­sages en ciment et fines inertes que nous venons de définir est centré avec précision, en revanche les limites du domaine restent vagues. Il est difficile qu'il en soit autrement car ces limites dépendènt évidemment de la plus ou moins grande « ressemblance» entre les conditions de mise en place au laboratoire et celles utilisées sur chan­tier.

Si ces conditions étaient rigoureusement les mêmes, le domaine s'étendrait à tous les dosages possibles en ciment; à l'opposé, si les procédés de mise en place utilisés en laboratoire n'ont rien de commun avec ceux du chantier (pal' exemple béton vibré en laboratoire, pompé sur chantier) il n'est pas certain qu'un domaine opéra­tionnel existe. Notre étude ne dispense pas d'imi­ter en laboratoire les conditions de chantier, elle indique seulement à quelles conditions une imitation imparfaite peut être, malgré tout, ac­ceptable.

1. Pour le remplissage, le ciment et les fines inertes jouent un rôle équivalent. Cela ne veut pas dire qu'on peut les échan­ger volume pour volume même à finesse égale car, pour ces éléments fins, les, forces électriques de surface ont une grosse importance. C'est pourquoi le dosage optimal en fines doit toujours être déterminé expérimentalement dans chaque cas d'espèce.

9

Malgré cette imprécision nous pensons que cette notion de domaine opérationnel est utile car elle fournit un cadre à l'homme de laboratoire pour évaluer (au besoin, dans certains cas extrêmes par quelques expériences complémentaires) dans queUe mesure il peut se fonder sur des résultats de laboratoire pour établir la formule de compo­sition du béton et dans quelle direction il doit chercher en cas de désaccord flagrant entre ses résultats de laboratoire et les observations faites sur chantier.

Simplifications à l'intérieur du domaine opé­rationnel

A l'intérieur de ce domaine, bien des difficultés s'aplanissent et bien des contradictions dispa­raissent :

- en premier lieu tOUé> les appareils usuels de repérage de la consistance classent les bétons dans le même ordre qu'ils soient fondés sur une mesure d'affaissement (cône d'Abrams), de rem­plissage (Glanville) ou de temps d'écoulement (VB, maniabilimètre LCL) -- le béton s'écoulant le pl us vite en labora­toire est aussi celui qui, sur chantier se met le plus facilement en place; - le béton le moins poreux en éprouvette est aussi le moins poreux sur chantier du moins tant que le dosage en eau est inférieur à la valeur op­timale correspondant à l'une ou l'autre des condi­tions de mise en place en laboratoire ou sur chan­tier. Nous preCIserons cette limite da"ns le paragraphe suivant.

Définition de la maniabilité

Compte tenu de la cohérence des classements, les caractéristiq ues technologiques de consistance prennent, à l'intérieur du domaine, valeur de caractéristique intrinsèque du béton hydraulique. Nous appelons cette caractéristique « maniabilité » et la définissons ainsi [5] :

La maniabilité est la propriété des mé· langes, repérable en laboratoire, qui per­met d~ les classer dans l'ordre des por~­sités décroissantes des bétons qu'ils forme­raient dans l'ouvrage après un processus de mise en vlace donné.

L'énoncé de cette définition peut sembler à pre­mière vue très éloigné de l'usage courant du moi (- maniabilité ». En fait, il en est très proche et il suffit, pour le montrer, de sortir de l'énoncé deux précisions essentielles pour la théorie mais qu'il n'est pas nécessaire de répéter en pratique chaque fois que l'on définit la maniabilité :

1 - la maniabilité est une propriété des mé­langes, c'est-à-dire des bétons avant toute mise en place; bien que la distinction entre béton et mélange soit toujours faite en Angleterre et en URSS elle n'est pas courante en France c'est pourquoi on dit que la maniabilité est une pro­priété des bétons ;

2 - l'objectif pratique reste toujours la minimisa­tion de la porosité du béton en place c'est pour­ct uoi la maniabilité est définie par référence à la porosité finale; mais il ne faut pas oublier que

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nous comparons ici des bétons secs pour lesq uels une amélioration de la facilité de mise en place entraîne une plus faible porosité et, réciproque­ment une plus faible porosité est la preuve d'une plus grande facilité de mise en place.

Si ces deux points sont admis la définition pro­posée plus haut revient à celle-ci, plus proche de l'usage courant :

La maniabilité est la propriété des bétons qui permet de les classer prévisionnellement en la­boratoire suivant leur facilité de mise en place sur chantier et leur porosité dans l'ouvrage.

Bien entendu cette définition n'est valable qu'à l'intérieur de son domaine opérationnel, domaine qui, comme indiqué plus haut, peut être déter­miné expérimentalement.

Nous avons comparé cette définition à celles habituellement données en indiquant les raisons pour lesquelles elle nous paraît actuellement utile [6]

- elle ne modifie pas les habitudes (confusion ,le fait entre consistance et maniabilité) mais précise dans quel domaine ces habitudes sont justifiées;

-- ellè facilite la relation entre le laboratoire et le chantier en précisant dans quel domaine les étudf:S de laboratoire peuvent être utiles et hors duquel il vaut mieux se fonder sur les observa­tions faites au moment des études de conve­nance.

Mais le plus grand avantage et la plus grande simplification tiennent. peut-être au fait qu'il est possiblc' d'établir une règle de similitude pour la fabrication des éprouvettes.

LA MANIABILITE CRITIQUE, REGLE DE SIMILITUDE

Maintenant que nous nous sommes dotés d'une méthode d'escalade, que nous avons défini le domaine à l'intérieur d uq uel nous pou vions u ti­lement choisir, entre deux bétons, le moins po­reux, nous pouvons à nouveau nous intéresser au sommet, c'est-à-dire au béton de porosité mini­male après mise en place.

Le dosage en eau optimal pour lequel la porosité du béton est minimale dépend des paramètres caractérisant les conditions de mise en place et des paramètres caractérisant la nature des consti­uants et la composition du béton. A cette valeur du dosage en eau correspond un temps d'écoule­ment au maniabilimètre LCL. L'expérience montre qu'à l'intérieur du domaine défini plus haut, ce temps dépend des paramètres définissant les condi­tions de mise en place mais ne dépend pratique­ment pas des paramètres définissant la nature et la composition du béton. Comme à l'intérieur du domaine, la valeur du temps d'écoulement est un repérage de la maniabilité, nous avons appelé « maniabilité critique» la maniabilité du béton donnant la porosité minimale avec le mode de mise en place considéré.

Pour un procédé de mise en place do·nné, il existe une valeur de la maniabilité pour laquelle la porosité du béton en place est minimale. A l'intérieur du domaine opéra­tionnel de la maniabilité la valeur de la maniabilité donnant la porosité minimale est la même pour tous les bétons mis en place de la même façon. Cette valeur est appelée « maniabilité critique». La maniabilité cri­tique est une caractéristique du procédé de mise en place utilisé.

Là encore cette définition reprend et justifie (dans le domaine opérationnel) un usage cou­rant.

La maniabilité critique est la maniabilité strictement nécessaire pour qu'un béton puisse encore être mis en place ditns des conditions données.

La valeur de la maniabilité critique, caractérise, à l'intérieur du domaine opérationnel les condi­tions de mise en place. A tout procédé de mise en place en laboratoire, il est possible d'associer une valeur de la maniabilité critique. Par ailleurs, sur chantier il est également possible d'estimer la valeur de la maniabilité critique pour le pro­cédé de mise en place utilisé; en effet, le prati­cien connaît avec assez de précision le dosage en eau en deçà duquel il ne peut descendre sans risquer de laisser des cavernes catastrophiques dans les ouvrages et il suffit de mesurer la maniabilité du béton ayant ce dosage en eau.

Supposons par exemple que la consistance du béton soit mesurée au maniabilimètre LCL. La maniabilité critique de différents procédés de mise en place pourra être évaluée comme suit (compte tenu de nos connaissances actuelles).

TABLEAU

Type de mise place Maniabilité critique en estimée

Revêtement routier, coffrage glissant 30 s

Poutre très ferraillée, chute et vibration 15 s

Nota Pour des raisons de sécurité les temps d'écoule-ment recommandés sont réduits de moitié : 15 et 8 s [6].

Nous avons montré [7] que la contradiction appa­rente entre l'exigence de résistance mécanique mesurée sur éprouvette et l'exigence de mania­bilité suffisante pour permettre la mise en œuvre provient de ce que les procédés de mise en plaee de laboratoire sont beaucoup plus énergi­ques que les procédés de chantier (compte tenu évidemment du volume de béton traité), les ma­niabilités critiques de ces procédés de laboratoire sont beaucoup trop faibles. Tout deviendrait plus cohérent si le procédé de fabrication des éprou­vettes était choisi tel que sa maniabi.Jité critique soit égale à la maniabilité souhaitée pour le béton de l'ouvrage. Alors « il n'y aurait plus de contradiction entre résistance et maniabilité

car le béton le plus résistant serait aussi celui ayant la maniabilité souhaitée pour être mis en place dans l'ouvrage» [6].

La maniabi.Jité critique apparaît donc comme un facteur de similitude entre l'ouvrage et l'éprouvette. Nous pensons que celui-ci bien qu'em­pirique, pourrait dès maintenant être très utile et nous avons indiqué comment on pourrait le pren­dre en compte en modifiant très légèrement la norme sur la fabrication des éprouvettes (AFNOR NF P 18-421 de 1969). Il serait cependant utile de poursuivre les recherches à ce sujet pour déter­miner jusqu'à quel point un même mélange mis en place pal' deux procédés très différents mais ayant même maniabilité critique aboutit à deux bétons ayant une structure et des propriétés semblables.

La notion de maniabiHté critique aSSOClee à celle de maniabilité permet de fonder une méthode expé­rimentale de composition du béton hydraulique.

UNE METHODE EXPERIMENTALE DE COMPO­SITION DU BETON HYDRAULIQUE

A l'intérieur du domaine de dosage en ciment défini plus haut quatre simplifications sont pos­sibles : - le classement entre les bétons suivant leur facilité de mise en place (maniabilité) ou suivant leur qualité (porosité) après mise en 'place est indépendant des principaux paramètres caracté­risant la mise en place par vibration; - le squelette optimal des constituants solides est indépendant des dosages en eau et en ci­ment [2] ; -- au-delà d'une certaine difficulté de mise en place (maniabilité critique), le béton le plus facile à mettre en place est aussi le moins poreux; - il est possible de caractériser par un seul chiffre tout procédé de mise en place.

La méthode de composition est exposée en détail dans les pages qui suivent. Le dosage en ciment étant en général imposé par les règlements, on procède en deux étapes : - à dosage en ciment et en eau fixés (et éven­tuellement en entraîneurs d'air) on recherche les proportions optimales du squelette inerte, pro­portions pour lesquelles le temps d'écoulement LeI. est minimal, - à proportions fixées du squelette inerte on détermine le dosage en eau (et éventuellement en plastifiant) pour lequel le temps d'écoulement LCL est égal au temps critique (maniabilité cri­tiq ue) caractérisant les conditions de mise en place du chantier.

Nous voulons insister encore une fois sur le fait que la formule de composition donnée par la méthode n'est transposable au chantier que lorsq ue le dosage en ciment retenu est voisin du dosage optimal donnant la porosité minimale. Ce domaine de validité est d'ailleurs également celui de la méthode Faury.

11

CONCLUSION

L'objectif fixé au départ peut surprendre pour une recherche technologique. Nous avons abouti à une méthode de composition, et peut-être le lecteur pensera-t-il que c'est là le résultat le plus concret de cette recherche. Qu'il nous per­mette d'exprimer pour conclure une opinion dif­férente.

Avant notre recherche, il y avait déjà de nom­breuses méthodes théoriques ou expérimentales de composition des bétons; ceUe que nous propo­sons ici ne fera pas disparaître toutes celles qui l'ont précédée (pour certaines ce serait d'ailleurs dommage). Chacune de ces méthodes est fondée sur des approximations plus ou moins justifiées; la plupart conduisent à des formules qui donnent satisfaction.

Malheureusement, il arrive que, pour une même étude, on aboutisse à deux formules différentes suivant la méthode employée de sorte qu'au­cune One donne réellement confiance au construc­teur. Celui-ci, s'il n'est pas entièrement satisfait de son béton aura la tentation d'attendre une amélioration, miraculeuse parce que quasi gra­tuite, d'une modification de formule improvisée au cours du chantier. Ces improvisations finissent

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toujours par coûter cher soit à l'entreprise, soit au maître d'œuvre car elles oOnt pour effet de perpétuer la médiocrité en repoussant ° toujours les décisions qui s'imposent réellement (régler le matériel et, dans certains cas, revoir le choix des constituants ou prévoir un constituant sup­plémentaire - adjuvant, fines, etc.).

Compte tenu de cet état de fait, le plus important selon nous n'est pas d'avoir la formu,le la plus juste possible mais de disposer d'une méthode qui permette d'affirmer au constructeur que la formule proposée par le laboratoire est suffisam­ment voisine de l'optimum pour qu'il ne puisse espérer aucune amélioration décisive d'une modi­fication de dosage improvisée sur chantier. L'avantage que le constructeur peut retirer d'une étude de convenance, ses chances de régler rapi­dement sa chaîne de fabrication pour qu'elle fonctionne régulièrement, pleinement et économi­quement, dépendent pour une part importante de la confiance qu'il peut avoir dans l'étude de laboratoire.

Nous aurons atteint notre but si nos études con­tribuent à accroître cette confiance des entre­preneurs et des maîtres d'œuvre en leur montrant que si l'effet d'échelle limite la portée de nos résultats de laboratoire, nous sommes au moins en mesure de connaître expérimentalement nos limites.

CHAPITRE 2

Proposition pour une définition de la maniabilité

Communication présentée au Séminaire RILEM : Béton frais - Les propriétés importantes et leur mesure. Leeds, mars 1973.

INTRODUCTION

Lorsqu'il fut cree, voilà cinquante ans, le mot "Workability" (ouvrabilité, ma'­niabilité) eut le mérite d'attirer l'atten­tion sur la nécessité d'étudier l'aptitude des mélanges de ciment,de granulats et d'eau, ."i être mis en oeuvrE' dans les conditions des chantiers. Depuis, le mot a fait fortune et, si aucune définition ne fnit l'unanimité, l'accord est général sur un point au moins: la notion de maniabilité est indispensable. Si une définition admise par tous était pos­sible, elle devrait donc pouvoir être déduite logiquement de l'analyse du besoin que l'on souhaite satisfaire en créant ce concept.

Le point ie départ ne peut être que la qualité du béton en place dans l'ouvrage qui seule compte en définitive. Cette qualité peut être jugée, en fonction de l'utilisation future de l'ouvrage, selon des critères dont la validité est clairement établie (porosité, perméabilité, résistances mécaniques, aspect des parements, etc). L'objectif est de choi­sir les constituants, et de déterminer l' en­semble de leurs proportions de manière gue le béton en place dans l'ouvrage soit le meilleur possible selon le critère retenu.

Le problème se~ait simple, et il n'y aurait nul besoin de définir une notion sup­plémentaire comme celle de "maniabilité", si l'un ou l'autre des deux cas suivants se présentait :

- la qualité recherchée du béton en place dépend uniquement de la nature et du dosage (quel qu'il soit) des constituants; elle est, par conséquent, indépendante des condi­tions de mise en oeuvre ;

- il est possible de mettre en oeuvre, dès l'étude, les différents mélanges de consti­tuants que l'on souhaite comparer, exactement dans les conditions Qêmes prévues pour la fabrication de l'ouvrage (chantier) ; il est donc tenu compte implicitement, au moment de l'étude, des con~itions de la mise en oeuvre.

Dans ces deux cas, le choix du meilleur mélange ( 1) ressortira d'une coœparaison faite sur les bétons en place (il suffit, dans le premier cas, de mettre les mélanges en place d'une façon quelconque). ~alheureusement, de ces deux cas, le second se rencontre rarement en pratique (une exception notable concerne

les pièces de dimensions petites ou moyennes fabriquées en usine) et la condition du pre­mier n'est jamais vérifiée (si ce n'est ap­proximativement, pour certaines qualités, lorsque le dosage en eau est surabondant, mais, avec cette hypothèse, il est exclu de trouver le meilleur béton) .

En fait, les dosages pour lesquels les qualités les plus importantes du béton (résis­tances mécaniques, porosité) sont optimales, dépendent des conditions de mise en oeuvre et celles-ri sont extr~meQent différentes suivant qu'il s'agit de fabriquer des éprou­vettes (conditions de laboratoire) ou de cons­truire un ouvrage (conditions de chantier) . Pour choisir, à partir des essais de labora­toire, le meilleur mélange (celui qui, une fois mis en placE' dans l'ouvrage deviendra lp meilleur béton selon le critère considéré), il faudrait, en principe, être en mesure d~x­pliciter la fonction qui ~elie la propriété au béton considérée aux paramètres définissant, 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'état actuel de nos connaissances. Il faut donc, soit renoncer à chercher le meil­leur mélange possible en laboratoire, soit admettre une approximation qui permette de simplifier le problème.

Parmi les simplifications possibles, ] 'une des plus fécondes consisterait à pou­',oir admettre que, vis-à-vis de la propriété recherchée pour le béton en place, la connais­sance de tous les paramètres définissant la nature des constituants et de leur dosage puisse être remplacée par celle de la valeur d'une propriété intrinsèque caractérisant le Mélange. L'existence d'une telle propriété reste à prouver ; mais sa nécessité, ressentie par tous les praticiens, pourrait être à l'origine ~c la notion de maniabilité. Cela revient à dire que l'utilité de nombreuses études de laboratoire (étude de composition, efficacité des plastifiants, intérêt d'une addition d'éléments fins, etc) dépend de la possibilité de définir une fonction"maniabi­~ité ."

(1) Dans ce chapitre, le terme béton sera réservé exclusivement au matériau en place dans l'ouvrage.

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Prévoir, à partir d'essais en labora­toire, des lois applicables en d'autres circonstances est la raison d'être de toute science. Il est donc naturel d'avoir cherché

en premier lieu à se servir, pour d6finir la ~aniabilité, des acquis de la mécanique et de la physique.

DEUX TENTATIVES POUR DÉFINIR LA MANIABILITÉ

A PARTIR DE LOIS SCIENTIFIOUES

MANIABILITE ET ENERGIE DE COMPACTAGE

La mise en oeuvre du béton doit être :acile. A l'idée de facilité fait écho le concept scientifique de travail, mesurable 8t quantifiable. Pour cette raison, la mania­bilité a été (léfinie comme "la quantité de travail utile nécessaire pour obtenir un com­pactage complet" [8J.

Cette définition présente un caractère scientifique intéressant qui, s'il se véri­fiait, permettrait une simplification remar­quable du problème de la composition des bétons. Il suffirait de mesurer en laboratoire l'énergie utile nécessaire par unité de volume 1e béton pour obtenir une éprouvette compacte, puis de choisir le mélange qui nécessite l'é­nergie minimale et enfin d'indiquer au chan­tier l'énergie utile dont il devra disposer. Bien entendu il existe quelques djfficultés

- la définition du "compactage complet" est nécessairement arbitraire car, aussi long­temps que puisse durer l'opération de mise en place, il reste toujours de l'air emprisonné à l'intérieur du béton. La valeur du travail utile nécessaire peut varier considérablement suivant la limite conventionnelle choisie comme critère 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 béton sur le moule, vibration du moule, etc), les auteurs souhaitent aboutir à une propriété intrinsèque du béton. En fait, ils satisfont à une condition nécessaire mais qui n'est peut être pas suffisante.

Des difficultés de cet ordre se sont présentées dans bien d'autres domaines et, souvent, elles n'ont diminué en rien la fécon­di té du concept de travail. Pour s'en tenir à la deuxième remarque, il suffirait que le rendement (rapport du travail utile au travail réel) soit approximativement constant pour qu'il en soit ainsi.

Mais l'analogie "facilité - travail" sur laquelle cette définition est fondée doit être examinée de plus près. Elle ne rend pas compte de l'objectif réel du bétonnier qui n'est pas seulement de déplacer 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 être tout à fait indépendante du travail "utile" accompli. A la limite, on peut comparer un béton compact à un puzzle :~éussi, or on peut réussir un puzzle sans "travail utile" mais non sans patience. Il est possible, par exemple, que l'un des rôles de la vibration soit de ménager des moments d'apesanteur où la particule se déplaçant au ~asard sous l'effet des impacts avec ses voi­sines essaie plusieurs configurations et re­tienne la plus stable.

Ce schéma explicatif n'est pas éloigné de celui indiqué 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-même de telle sorte qu'il interfère le moins possible avec ses voisins~ Il est évident que, dans un tel schéma, l'efficacitÉ de la mise en place dépend pln,- de la. è.urÉ'e du traitement que du travail utilement con-30mmé.

Il est donc vraisemblahle que la valeur du travail nécessaire pour obtenir un compac­tage complet d'un mélange ne puisse être trans­posée à des conditions de mise en place très différentes et que le classement établi entre les mélanges d'après la valeur de ce travail dépende des conditions de mise en place choisies.

MANIABILITE ET GRANDEURS RHEOLOGIQUES

On ~onsidère parfois que la maniabilitÉ est une propriété en rapport avec les carac­téristiques rhéologiques telles que la visco­sité, le seuil de cisaillement, etc.et qu'en ortcisa.nt ce rapport par des recherches-, il sera possible d'établir une définition. ~'utilité des recherches rhéologiques est incontestable mais il n'est pas certain que la notion de maniabilité soit de leur ressort. Celle-ci, en effet,doit caractériser, non pas le béton en place, mais le mélange ciment­eau-granulat. A cr~aque été'pe de la mise en oeuvre, ce mélange est un matériau différent dans ces transformations, les hypothèses de

continuité, par rapport aux variables d'espa­ce, des déplacements et des vitesses (fonde­ments de la rhéologie) ne sont pas toujours vérifiées, surtout dans le cas, très impor­tant en pratique, où le mélange est mis en place par vibration à partir d'un état foi­sonné.

La plus ou moins grande indépendance de mouvement des particules les unes par rapport aux autres et par rapport au milieu aqueux n'empêche nullement qu'il soit possi­ble de décrire le comportement du mélange, soumis à une soJ.licitation déterminée, en le comparant, par exemple, à celui d'un fluide de Bingham. Cependant, les grandeurs qui, dans cette description, sont appelées "seuil de cisaillement" ou "viscosité" ne sont pas des grandeurs physiques. Leurs valeurs dépen-1ent du moee dE sollicitation; elles ne permettent pas de prévoir le comportement du mélange lorsqu'il est sollicité d'une manière sensiblement différente.

AU MIEUX, UNE APPROXIMATION

Nous nous sommes efforcés de montrer que les notions scientifiques de travail, de viscosité, de seuil de cisaillement sont insuf­fisantes pour déduire, en toute rigueur, des comparaisons faites sur les mélanges, des conclusions certaines quant aux qualités des bétons en place dans l'ouvrage. Cependant, il est possible que, pour des procédés de mise en oeuvre pas trop différents et des mélanges assez voisins, la détermination de ces gran­deurs permette des prévisions approximatives, satisfaisantes en pratique.

Les limites à l'intérieur desquelles l'approximation est acceptable doivent être déterminées expér imentalement. Dans ces con­ditions, une approche uniquement expérimen­tale peut paraître plus économique.

VÉRIFICATION EXPÉRIMENTALE DE LA POSSIBILITÉ DE PRÉVISION

S'il n'est pas possible en laboratoire de reproduire exactement le processus opéra­toire qui sera utilisé sur un chantier pour la mise en place du béton, il est par contre facile de faire varier, dans une mesure assez large, les paramètres qui influent sur cette opération. S'il existe une propriété suscep­tible de caractériser le mélange vis-à-vis d'une propriété du béton en place, le classe­ment entre les mélanges, établi suivant le niveau de qualité du béton en place, doit être indépendant du processus utilisé pour la mise en place. Réciproquement, il suffit d'établir l'indépendance du classement pour pouvoir aff irmer que la propriété intr insè·­que des mélanges existe.

Dans une précédente étude ~J, nous avons montré que le classement des mélanges suivant la valeur de la teneur en air du béton en place restait inchangé approximativement, lorsqu'on modifiait la durée ou la vitesse de malaxage, le mode de mise en place (vibration ou gravité), la hauteur de chute, en cas de mise en place par gravité, la fréquence ou l'amplitude, en cas de mise en place par vi­bration. Les résultats de cette étude ne per­mettent pas cependant de préciser les limites de validité de l'approximation.

L'étude que nous présentons ici et qui prolonge la précédente est fondée sur une expérimentation portant seulement sur deux ~odalités de mise en place mais, par contre sur une grande variété de mélanges. Elle vise à déterminer pour quelles familles de mélanges, au voisinage de quels dosages, l'approximation est réellement utilisable.

Par une variante à notre premlere étude, la qualité recherchée pour le béton en place est la porosité (teneurs en air et en eau du béton frais et non plus seulement teneur en air). Cette qualité est généralement consi­dérée, en effet, comme l'une des plus impor­tantes pour assurer la durabilité du matériau. En suivant la méthode utilisée pour notre première étude, nous aurions dQ choisir au mo'ins deux processus de mise en oeuvre d' é­prouvettes, les plus différents possibles, . et comparer les classements des mélanges SU1-vant la valeur de la porosité dans l'un ou l'autre cas lorsaue varient le dosage en ci­ment, en eau, en -sable. Il s'est avéré expé­rirr.entalement plus économique de prendre les deux critères suivants :

- d'une part, la porosité du béton mis en place par un piquage manuel léger ;

- d'autre part, le temps mis par le béton pour s'écouler dans le maniabilimètre LCL [lJ .

Ces deux critères paraissent en effet suffisamment indépendants pour qu'il soit possible d'affirmer que, si le classement des mélanges reste le même suivant l'un et l'autre, il serait également le même si un autre processus de mise en place était utilisé à condition qu'il soit intermédiaire entre le piquage léger et la vibration moyen­ne (on remarquera que cette gamme inclut probablement la plupart des procédés utilisés en pratique). Mais le choix de ces critères permet, de plus, d'étudier le lien qui existe entre la facilité d'écoulement des mélanges et la porosité du béton en place. L'étude de ce lien conduit à une propriété très inté­ressante de la maniabilité.

15

Nous devons signaler toutefois que l'indépendance supposée entre les deux cri­tères ne correspond pas exactement à une indépendance expérimentale. La mise en place par piquage étudiée est celle du mélange in­troduit dans le premier compartiment du mania­bilimètre LCL. De sorte que la durée d'écou­lement mesurée pour le mélange est comptée depuis l'état sur lequel on a mesuré la porosité et jusqu'à un repère fixe. Cette organisation des essais, issue d'un souci peut-être excessif de simplification, ne devrait cependant pas nuire à la démonstra­tion que nous souhaitons faire, surtout si l'on tient compte des résultats de notre étude expérimentale déjà citée et si on con­sidère également qu'en pratique, la vibra­tion est toujours appliquée à la suite d'un mode de mise en place d'énergie comparable au piquage, simple chute en général.

(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 étudiés sont composés 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 caractéristi­ques 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 étant s g maintenu constant - et enfin, à dosage en eau

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

le tableau II, nous donnons le détail des pro-

portions étudiées.

Les essais faits sur ces mélanges ont été indiqués plus haut. Rappelons-les;

- mesure de la porosité du mélangé dans le premier compartiment du maniabilimètre LCL.

- mesure du temps d'écoulement dans ce mania­bilimètre.

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 % Angularité : roulé

Teneur en S03 : 2,69 %

3 Granularité : 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 Résistance à 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 étudiée

Partie 1 : Rapports sils 111) étudiés

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 étudiés -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 mélanges étudiés par rapport à 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'

Pâte 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 représentatives 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'épaisseur des zones hachurées représente l'incertitude expérimentale sur la détermination de la porosité.

15 ,

SITUATION DES MELANGES ETUDIES PAR

RAPPORT A LA CLASSIFICATION DE POWERS

Powers ~ OJ a montré que les différents mélanges possibles de sable, de ciment et d'eau pouvaient être classés en trois caté­gories qu'il appelle AB, BF et FC. Pour cela, il se réfère â "la consistance du béton frais" définie comme étant "cette caracté­ristique des mélanges plastiques ou quasi­plastiques qui varie lorsque la teneur en eau change". Cette "consistance" peut être repérée, soit par l'affaissement du cône d'Abrams, soit par le nombre de percussions nécessaires pour mouler une éprouvette (re­molding test), etc .. , ou encore, comme le montrent les figures l, 2 et 3 par le temps d'écoulement dans le maniabilimètre LCL.

Les courbes reliant 19 t et cie (fig.l) sont des droites concourantes donc entière­ment cayactérisées par leur pente.

On construit les courbes donnant le dosage en eau nécessaire pOUY obtenir la consistance désirée (lg t = 0,9 pour la fi­gure 2, 19 t = 1,5 pour la figure 3) et la porosit~ sui en résulte après mise en place.

Indiquons dès maintenant que, selon nous, la consistance ne peut être confondue avec la Maniabilité (3), même si on montre que, dans certaines circonstances elles DPU­vent être repér~es de la même façon et p~r le même nombre. La consistance est une pro­priété qui dépend de l'appareil de repérage et qui, contrairement à la maniabilité, ne vise pas à permettre de prévoir le comporte­ment du mélange en d'autres circonstances, sur un chantier par exemple.

A consistance égale, le dosage en eau (rapporté au dosage en constituants solides)

dépend :

- de la surface spécifique des constituants solides pour les mélanges de la catégorie AB, riches en ciment;

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

- de ces deux caractéristiques à la fois pour les mélanges de la catégorie intermédiaire Bf.

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

c rapport c + s + g est égal â 0,32 ou 0,26,

les mélanges sont dans la catégorie AB, lors­qu'il est égal â 0,16 ou 0,12, les mélanges appartiennent à la catégorie BF ; le mélange

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

pour lequel ce rapport est égal â 0,20, cor­respond approximativement au point B.

PRESENTATION DES RESULTATS

Sur les figures 4 à 8, on montre les relations existant entre la porosité du béton mis en place par piquage et le logarithme du temps d'écoulement au maniabilimètre LCL. Lorsqu'un seul paramètre varie (par exemple

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

s ! g" présente deux branches, l'une correspond

aux mélanges surdosés en sable, l'autre aux ~élanges sous-dosés (surdosage et sous-dosage étant définis par rapport au dosage en sable pOllr lequel, à dosage en eau égal, le temps d'écoulement est minimal au maniabilimètre LCL). L'examen des figures 4 â 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 mélanges sur­dosés en sable est au-dessus de la courbe cor­respondant à la variation du dosage en eau, alors que la branche des mélanges sous-dosés est en dessous. Pour 0,32, c'est le contraire. L'inversion se produit entre les mélanges 0,20 2t 0,26 ; pour ces m~langes, les courbes pour­raient d'ailleurs être considérées comme ap­proximativement confondues.

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

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 supérieur

à 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 à des mélanges 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 premières valeurs du rap­port, on rema~que que, à valeur égale de 19 t, lorsque les courbes de variation de v sont pratiquement confondues, celles correspondant à la porosité sont distinctes, et réciproque­ment.

Ces différences vont toujours dans le même sens : il faut, pour une valeur de 19 t, une teneur en eau supérieure lorsque

c c + S + g vaut 0,20.

0,26 que lorsque ce rapport

19

20

( Porosité

OS

l' CI?

Porosité

0,5

0,2

0,5

Porosité 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

Porosité

OS

02 0,5

Porosité

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 à 8 - Variation de la porosité des bétons en fonction du temps d'écoulement des mélanges dans le maniabilimètre LCL.

o variation du dosage en eau x variation de si (s + g) (mélanges surdosés en sable)

variation de si (s + g) (mélanges sous-dosés en sable)

~4 ____ ~ ____ -; ______ ~ __ _

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

Puosi t.é

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 porosité des bétons en fonction du temps d'écoulement des mélanges dans le mani'abilimètre 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'écoulement dans le maniabilimètre LCL de la teneur en vides em­plis d'air et de la porosité du béton en place lors­que le dosage en eau varie.

INTERPRETATION DES RESULTATS

Le fait que, lorsqu'un seul paramètre varie, la relation entre porosité et temps d'écoulement puisse être représentée par une courbe, ne présente aucune signification phy­sique. Tant que les courbes sont distinctes suivant le paramètre que l'on fait varier, deux mélanges jugés équivalents quant au temps d'écoulement dans le maniabilimètre LCL peu­vent avoir des porosités différentes après une mise en place par piquage.

Au voisinage du point B, la relation entre la porosité du mélange mis en place par piquage et la durée de l'0coulement de ce mé­lange dans le Œaniabilimètre LCL peut être représentée sensiblement par une cnurbe uni­que, quels que soient les paramètres qui va­rient (dosages en ciment, en sable et en eau) Cette courbe est légèrement décrcissante pour les faibles valeurs de 19 t, puis elle passe par un minimum et devient rapidement crois­sante lorsque 19 t augmente. La valeur de 19 t pour laquelle la porosité est minimale ne dé­pend pas - dans les limites de variation pour lesquelles les courbes sont approximativement confondues - des paramètres définissant la composition du mélange et caractérise par con­séquent le procédé de mise en place.

Au-delà du minimum (minimum compris) , la courbe étant monotone croissante, le clas­sement entre les différents mélanges reste le même, que l'on considère la porosité ou le temps d'écoulement. Conformément au raisonne­ment proposé plus haut, on conclut que ce classement serait le même quel que soit le procédé de mise en place (du moins tant que la valeur de 19 t reste supérieure ou égale à la valeur limite caractéristique de ce pro­cédé). Il existe ainsi, au voisinage du point B une propriété intrinsèque des mélanges qui permet de les comparer du point de vue de leur aptitude à former un béton plus ou moins po­reux dans un processus de mise en pJ~ce donné. Cette propriété est la Maniabilité.

La valeur de 19 t pour laquelle la po­rosi té est nüniJl'ale peut être appelée Mar..-i.a­bLUté eJU,üque; sa valeur caractérise le pro­cédé de mise en place.

Les résultats expérimentaux montrent que, au voisinage du point B, pour des procé­dés de mise en place allant du piquage à la vibration, au-delà de la Maniabilité critique, plus le mélange se met en place facilement, moins le béton résultant est poreux ; inver­sement, moins le mélange est poreux à un stade donné de sa mise en place - c'est-à-dire, par définition, plus il est maniable - plus il s'écoulera facilement jusqu'au prochain stade.

Au voisinage du point B, la ~aniabilité peut être repérée en laboratoire à l'aide des maniahilimètres LCL ou VB, de l'appareil de Glanville, de l'appareil de remoulage (remol­ding test apparatus) de Powers, etc .. Lorsque la fonction ~aniabilité existe, au sens défini ci-dessus, il est facile d'établir une méthode de composition des bétons pour choisir, en laboratoire, le mélange qui donnera, une fois mis en place dans l'ouvrage, le béton le moins poreux. Ce mélange sera celui dont la Maniabi­lité sera égale à la ~aniabilité critique ca­ractéristique du procédé de mise en oeuvre prévu pour le chantier.

21

Igt (s) Igt(s)

0

1 *:YC ?Jff 0

0.~li 1,5 r -7.'

)7, 2 ,.

1,5 +---t-"""""CI~ffiJlC-'<.A--I----+---t----1

/

c 1 cIe + 5 + 9 = 0,20 1

1 1 e e o cIe + 5 + 9 = 0,26

1

0,14 0,15 OJ18 0,20 0)2 q24 0,14 0,16 0,18 0,20

Fig. 12 et 13 - Vérification de la règle de Lyse

0 variation du dosage en eau. . variation de s/(s + g) (mélanges surdosés en sable). + variation de s/(s + g) (mélanges sous-dosés en sable)

Une telle méthode est proposée au cha­pitre 5. Ses limites de validité sont celles de l'approximation qui permet de définir la ~aniahilité. On peut remarquer que ces limites sont pratiquement les mêmes que celles de la méthode préconisée par l'Institut Américain du béton (ACI Standard recommended practice) Cette dernière méthoâe suppose que la règle de LYSE soit applicable c'est-à-dire que la ~onsistance des mélanges ne dépende approxi­~ativement que de leur teneur en eau ce qui n'est vrai qu'au voisinage du point B (fig. 12 et 13) .

Il revient d'ailleurs au même d'affir­mer la validité de la règle de LYSE et l'exis­tence de la Maniabilité au sens où nous l'en­tendons. Weymouth [11] a montré que, pour les

mélanges de la catégorie AB, le rapport ~ ne e dépend que de la consistance du mélange. Nous avons vérifié cette propriété pour des con­sistances plus fermes que celles dont fait état Pov!ers (fig. 14 à 16) l\u voisinage de

B, puisque ~ et e ne dépendent, approximati­vement, queede la consistance du mélange, il en résulte que v + e - la porosité - ne dé­pend également que de la consistaDce. La figure 11 montre que dans le cas de nos es­sais, l'approximation est sensiblement meil­leure en ce qui concerne la porosité que la teneur en eau.

L'étendue du domaine des compositions du mélange, dans lequel l'approximation qui permet de définir une fonction ~aniabilité est acceptable, dépend évidemment de la di­versité des procédés de mise en place envi­sagés. Plus cette diversité est réduite, plus le domaine est étendu. Lorsque les proportions

22

Signe s/(s + g)

{I, 0,10 , 0,20 0,30

0 0,40

variation du dosage en eau

des mélanges sont voisines de celles du poin~ B, il n'est pas nécessaire de reproduire fidè­lement en laboratoire les conditions de mise en place du chantier ; les mêmes appareils peuvent servir pour comparer les mélanges, que ceux··ci soient destinés à être mis en place par chute, par piquage, par vibration, pervibration ou même probablement à la pompe. Par contre, plus les proportions des mélange.; s'éloignent de celles du point B, plus il faut s'attacher à reproduire fidèlement en laboratoire le processus de mise en place prévu pour le chantier, ce qui peut conduire à un grand nombre d'appareils dont l'utilisa­tion reste locale et éphémère.

CONCLUSIONS

Plus qu'une définition, nous avons vou­lu proposer une vocation pour la Maniabilité être le critère d'une comparaison faite en laboratoire et transposable au béton d'un ouvrage pour une propriété déterminée.

L'une des propriétés les plus importan­tes du béton en place est sa porosité ; une porosité faible assure en général à la fois de bonnes résistances mécaniques et une bonne résistance aux agents de corrosion, donc une bonne durabilité du béton dans les ouvrages. C'est pourquoi il est naturel que la ~ania­bilité soit vouée à la prévision de la poro­sité, ce qui conduit à la définition suivant,co:

La '1 a.ua.b-U'dé e.f>-t .ea. 1J!1.0IJ!1.,{é.-té. de;., on (i.!'.ang rA, Jte.p (ÎJtab.f.e. e.n .f.aboJta.to-Ùl.e., qu,{, .f.OMqu' e..f1.e. ex,{.f,-te.,

peJUnu de. .f.e;., c.f.aMe.Jt daM .f.'oJtdJte. de;., poJtof.>-Uéf.> dé­CJW,{.f,Mme;., de;., be-tOM qu' ili ôOJtme.Jta,{.e.m daJ1.6 .f.' ou­vJtage. a)Yl.è.f.> un )yl.oc.e;.,f.>uf.> de. m,{.f,e. e.n oe.uVJte. donné.

Fig. 14 Fig. 15

.Y­e

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 à 16 - Vérification de la règle de Weymouth. Variation de ~ en fonction du temps d'écoulement au

e maniabilimètre LCL.

23

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

L'existence de la ~aniabilité correspond il une approximation. Le domaine où cette ap­proximation est acceptable, c'est-à-dire utile en pratique, se situe autour du point B -mélange dont le dosage en ciment ou en élé­ments fins est tel qu'à consistance égale, et pour un moyen de mise en place défini, la po­rosité est minimale. L'étendue du domaine est d'autant plus grande que la différence entre les moyens de laboratoire et ceux du chantier est plus faible.

Dans ce domaine, au-delà de la ~aniabi­lité critique, par définition, moins le béton est maniable plus le béton résultant est po­reux i les résultats expérimentaux montrent également que, moins le mélange est maniable, moins il se met en place facilement. Cepen­dant, la Maniabilité ne peut pas être confon­due avec la consistance, cette propriété

24

technologique dépendant de l'appareil de meE'ure.

JI_u terme de r:et él.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 à obtenir, en fonction du type d'ouvrage à réaliser et de moyens disponibles sur chantier, indépendamment des constituants à utiliser, proposent en fait des valeurs de 'Ianiabilité critique et supposent donc que la ~1aniabilité existe au sens où nous l'entendons. Notre rôle s'est borné à montrer l'approxima­tion faite et l'intérêt de déterminer les li­mites à l'intérieur desquelles elle est acceptable.

La définition de la ~aniabilité est neutre, comme il se doit, par rapport à la valeur désirée de la poro~ité du béton en place. Les valeurs prises par la ~aniabilité (ou, du moins, les valeurs proportionnelles qui, seules peuvent être repérées) permettent cependant de choisir, en laboratoire, le mélange qui, une fois dans l'ouvrage, contier.­dra le minimum d'eau et de vides et sera donc le plus résistant et le plus durable.

CHAPITRE 3

Maniabilité et rhéologie

Communication présentée au Colloque Rhéologie des bétons, AFREM et groupe/rançais de rhéologie, Paris, décembre /973,

INTRODUCTION

Maniabilité : un mot de chantier que le labo­rantin doit comprendre

Lorsque le bétonnier veut exprimer son avis sur l'aptitude du béton à être mis en oeuvre, il utilise le mot "maniabilité" (1) Chaque corps de métier dispose probablement de mots équivalents. Qu'il s'agisse du bois, du cuir de la peinture, etc, le matériau sera ju~é par l'ouvrier plus ou moins facile à travailler. Cette qualité du matériau doit pouvoir être exprimée en fonction d~ ses caractéristiques rhéologiques, phys1ques ou chimiques. Il doit donc être possible, au moins en principe, d'éviter d'utiliser le terme de métier sans pour autant se couper ::le la pratique.

Mais que dire lorsque le travail consis­te précisément à transformer le matériau (écrouissage, par exemple) ou à terminer son élaboration - c'est le cas des bétons. De quel matériau cette "aptitude à la mise en oeuvre" est-elle la propriété ? Tant que le béton n'est pas en place définitive dans l'ouvrage, il ne peut être considéré comme un matériau bien défini mais seulement comme un mélange (2): il perd de l'air, de l'eau et

(1) Actuellement, on dispose d~ ~eux t:r~e~ ~ynonyme~ : maniabilité et ouvrabilité. Vo~c~ la d~f~n~~~~n donnee par "Le Grand Larousse" : "Ensembl,: de qual~tes ~ue doit posséder le b~ton frais pour etr~ transpor~e et mis en place commodément sur le C!lant~er sans r~sque de malfaçon", , , _ Le mot "maniabilité" est peut-être 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 "béton" sera réservé au matériau en place dans l'ouvrage,

l'arrangement de ses constituants solides se modifie. Il est possible que dans ce cas, le terme de métier ".maniabilité" soit pour long­temps encore irremplaçable et que le laboran­tin et le chercheur soucieux de la pratique ne puissent éviter de l'utiliser. C'est pour­quoi il est indispensable de s'accorder sur sa définition.

Deux définitions seulement ont été proposées au séminaire de Leeds de mars 1973

Définir la maniabilité était l'objet ::lu premier thème du séminaire, étape indis­pensable pour traiter les thèmes suivants. Les définitions données en passant, suggérées ou sous-entendues furent nombreuses, chaque par­ticipant ayant la sienne. Pourtant, deux défi­nitions seulement furent proposées, à première vue peu compatibles puisque, pour l'une, la ~aniabilité est une propriété qui existe dans 8ertains cas et que, pour l'autre, ce n'est pas une propriété mais un état optimal.

Cette opposition et cette diversité ne ~euvent manquer de troubler l'esprit, surtout ~i l'on songe que cinquante années de réfle­xion ont précédé ce séminaire IJ 2J. "fais à l'examen, il nous semble percevoir une cer­taine logique dans ce d~0at et ce n'eat peut­être pas un hasard si deux définitions seule­ment furent proposées : il est possible qu'elles reflètent deux types d'attitude dan~; lesquels chacun pourrait reconnaître sa pro­~re démarche. Du moins est-ce l'hypothèse que ;ous faisons et qui va guider notre exposé.

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 doc­teurs "tant mieux" et des docteurs "tant pis". Ceux-ci s'en tiennent avec rigueur à l'analyse des phénomènes, soulignent leur complexité et

25

montrent à l'évidence qu'il n'existe pas de propriété intrinsèque du béton frais qui puisse être appelé "maniabilité". Ceux-là, par contre, sensibles au besoin de la prati­que pour laquelle l'existence de la maniabi­lité est une simplification commode, sont enclins à rechercher dans quelles conditions cette approximation nécessaire reste accep­table.

Nous nous efforcerons d'abord de carac­tériser l'une e~ l'autre attitude mais, puis­que la seconde est la nôtre, nous indiquerons ensuite les raisons de notre choix.

LES DEUX ATTITUDES EN PRÉSENCE

A partir des mêmes données (le mot maniabilité ou ses dérivés utilisés couram­ment pour échanger des informations sur la mise en oeuvre du béton), il nous semble que les tenants des deux attitudes en pré­sence posent deux questions liminaires, dressent deux constats, esquissent deux moyens d'action que résument les définitions de la maniabilité.

VEUX QUESTIONS

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

La première question est à coup sûr pertinente, mais chercherait-on à définir le mot s'il était inutile? La seconde ques­tion ne considère pas l'usage comme une don­née mais invite au contraire 2 le discuter. Il est donc logique d'aboutir à deux déve­loppements différents, le premier pouvant s' ;.'1t.; bIler "de l'usage", le second "du ~esoin"

De l'usage. Pour le praticien, un bétcn est maniable s'il peut être mis en place facilement et c9~venablement. Comme le rap­pelle Bombled ~3], le but recherché est :

- de mettre en oeuvre le matériau en dépen­sant une certaine énergie (puissance, durée de vibration, par exemple) qu'on ne peut réduire sans inconvénient,

- d'effectuer la mise en place aussi rapide­ment que possible pour assurer au chantier ou à l'usine de préfabrication le débit ou le "rendement" maximal,

- d'aboutir à une compacité maximale pour obtenir des résistances élevées soit méca­niques, soit aux agents agressifs environ­nants,

- et, ce qui est un autre aspect de l'exi­gence précédente, de conserver à la pièce bétonnée dans son ensemble les qualités du béton initial, sans hétérogénéités exagérées, c'est-à-dire conserver l'homogénéité,

26

- enfin, il faut ajouter à ces exigences, souvent contradictoires, des impératifs propres à chaque nature de travaux ou de pro­cédés de mise en oeuvre.

Le béton maniable est, suivant l'usage, celui qui satisfait le but cherché. C'est évidemment trop dire en un mot ; il en fau­drait au moins trois. Certains ~41 proposent, à la suite des travaux de nombreux autres auteurs : compactabilité, mobilité, et non­ségrégabilité. Ce ne sont déjà plus les mots de la pratique, ce ne sont pas encore des concepts scientifiques mais, dans l'esprit des auteurs, la première étape d'une analyse sur laquelle nous reviendrons.

Du besoin. ~anjabilité est un terme de chan­tier mais nous en discutons entre gens de laboratoire. Serait-ce que ce mot est néces­saire à une saine collaboration entre le pra­ticien et nous ? Poser cette question revient à s'interroger sur l'utilité et le contenu de la contribution que le laboratoire peut apporter au chantier : le constructeur vise la qualité du béton en place dans l'ouvrage, le laboratoire compare celle des bétons des éprouvettes.

Or, le plus souvent, le niveau de la qualitf visée dépend à la fois de la compo­sition du béton et de sa mise en oeuvre, celle­si étant très différente pour le béton d'ou­vrage ou d'éprouvette. Nous avons déjà montrf [2J [4J [5J comment la solution quotidienne de cette difficulté revenait en fait à admet­tre l'existence d'une propriét~ intrinsèque, caractéristique du mélange des constituants. Nous présenterons ici la démonstration sous une autre forme qui a l'inconvénient d'un formalisme mathématique un peu trop solennel pour la simplicité de la proposition mais l'avantage de mettre en évidence la généra­lité du raisonnement.

Considérons une propriété d'usage (3) dépendant de deux paramètres a et b (chacun ayant plusieurs composantes). Le paramètre a décrit les facteurs intrinsèques (liés, par exemple, au produit ou au matériau), le para'· ~ètre b les tacteurs extrinsèques (liés, par exemple, à la mise en oeuvre ou à l'usage)

P=P(a,b) (4 )

(3) Le terme "propriété d'usage" est emprunté à R. L'HERMITE 05J.

(4) Exemple 1. La propriété d'usage peut être relative au béton en place : porosité, perméabilité, résistances mécaniques, aspect de parement, etc. Les composantes de a décrivent les proportions du mélange et la nature des constituants, celles de b, les conditions de la mise en oeuvre.

Exemple 2 . [13 J . La propriété d'usage peut être le risque d'accident d'une automobile. Les compos·antes de a décriront alors l'automobile, celles de b, le pilote et la route.

Le laboratoire, en général, dispose du produit ou du matériau mais déforme la mise en oeuvre ou l'usage (en les systématisant, en les accélérant, en les changeant d'échelle, 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 à affirmer que la propriété d'usage P satisfait à la condition suivante : étant donnée une valeur b du paramètre décrivant la mise en oeuvre 3u l'usage, toute relation

attachée à deux valeurs a et a' du paramètre, lié au produit, doit entraîner la même rela­tion pour toute autre valeur b du pamamètre d'usage (6). On démontre que cette condition équivaut pour la fonction P à une représen­tation de la forme suivante

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

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

Dire que l'action du labcratoire a un sens revient donc, en dernière analyse, à affirmer que, dans l'expression de la propri­été d'usage, la connaissance de toutes les composantes du paramètre lié au produit (ou au matériau) - connaissance souvent inacces­sible actuellement - peut être remplaçée par la seule connaissance d'un scalaire (valeur d'une propriété intrinsèque) ce qui, en pra­tique,apporte une simplification considérable. Il reste à savoir si l'action du laboratoire dans le domaine qui nous occupe ici a effec­tivement un sens.

(5) Exemple 1 : bo décrit les modes opératoires uti-­

lisés au latoratoire.

Exemple 2 : bo

décrit la piste et le pilote d'essai_

(6) Ce qui signifie simplement que le classement éta­bli dans les conditions d'essai en laboratoire (fabri­cation ou usage simulé b ) est transposable au chanti~r (fabrication ou usage régI b) ; ou encore que le clas­sement établi est indépendant de l'usage prévu.

(7) Nous venons de démontrer 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 leoproblème de la définition de la maniabilité soit très analogue à celui de la notation scolaire. L'une et l'autre sont insatisfai-

santes mais nécessaires. Là aussi, les tenants de la première attitude auront beau jeu de montrer la somme de qualités (parfois contradictoires) qui fait un devoir réussi. Comment une note unique qui, de plus, dépend du professeur (paramètre extrinsèque b) pour­rait-elle en rendre compte? Cette note pourtant est indispensable pour établir un classement et, prendre un examen ou un concours au sérieux, c'est admettre que la note de l'élève est le repérage d'une propriété qui lui est intrinsèque.

VEll X CONSTATS

La première attit.ude, constatant la multiplicité et le caractère contradictoire des qualités impliquées par l'adjectif "mania­ble", s'efforce d'en faire une traduction dé­taillée en langage mécanique et rhéologique. La seconde attitude, constatant que l'action du laboratoire suppose l'existence d'une pro­priété intrinsèque des mélanges, cherche à déterminer expérimentalement dans quel domaine de variation des paramètres intrinsèques et extrinsèques l'existence de cette propriété correspond à une approximation acceptable.

De la traduction de l'usage. Les compo­santps de la maniabilité (mobilité, compacti­~ilité, non ségrégabilit~ peuvent être tra­duites en types de comportement souhaitables, lesquels, à leur tour, "peuvent être analysés d'après les propriétés rhéologiques corres­pondantes". Selon T.p.Tassios [14J : "il semble que, certaines simplifications étant admises, la maniabilité puisse être exprimée en fonction des caractéristiques rhéologiques suivantes

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

- la cohésion du béton frais ou celle de la ?âte de ciment,

- la viscosité plastique de la pâte de ciment,

- la déformation à la rupture par cisaillement".

L'expérimentation permet de sélection­:ler les caractéristiques les plus importantes. Comme il fal:ajt s'y attendre, celles-ci dé­pendent de l'usage auquel le béton est destiné.

Cette difficulté peut être tournée en définissant non pas la maniabilité mais la ~lasticité. Contrairement à la maniabilité, ~crit J.P. Bombled, "la plasticité est une ?ropriété intrinsèque du matériau" et cet auteur prepose de la définir cOr.'J!le le rapport de la cohésion à la déformabilité. La plasti-8ité est définie; pour la maniabilité, il Eaudra attendre la troisième étape.

De l'existence d'une propriété intrin­sèque. Il est facile de montrer que la condi­tion d'existence d'une propriété intrinsèque P (a) n'est pas toujours vérifiée, même appro­x~mativement et que la forme requise pour la propriété d'usage

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

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

Supposons que la propriété d'usage soit l'aptitude des bétons hydrauliques à être sciés. Au cours du sciage, la lame use le béton, le béton use la lame qui prend son fil. La facilité du sciage dépend du fil de la lame lequel, à son tour, dépend du béton; la lame doit être choisie selon le béton à scier. Il en résulte que, dans l'exprpssion de la propriété d'usage, les composantes du para­mètri intrinsèque s'imbriquent avec celles

27

du paramètre extrinsèque; il n'est pas pos­sible (même approximativement) de classer les bétons indépendamment des lames. La "sciabilité" propriété intrinsèque du béton, n'existe pas.

D'une manière générale, le suffixe "abilité" sous-entend trop facilement l'exis­tence d'une propriété intrinsèque et il se­rait utile à notre avis de ne l'employer, dans le langage technique, qu'après avoif prouvé expérimentalement cette existence 8).

Nous avons montré expérimentalement [4-5J que, si la propriété d'usage visée

était la porosité du béton en place, elle était susceptible de prendre la forme requise à deux conditions qui définissent un domaine d'existence de la fonction intrinsèque:

- pour les composantes du paramètre intrin­sèque a : le dosage en ciment doit être voi­sin d'un dosage optimal;

- pour les composantes du paramètre extrin­sèque b : les conditions de miso en place doivent être comprises entre la simple chute par gravit~ et l'écoulement sous l'effet d'une vibration pas trop puissante (celles du maniabilimètre LCL) .

Sans revenir sur le support experlmen­tal, il convient cependant d'admettr~ ~e la vérification n'est jamais terminée [j-5J puisqu'il faut faire varier toutes les compo­santes du paramètre extrinsèque et vérifier qu'elles n'influent pas sur le classement des bétons. Cette vérification ne doit pas être considérée comme faite une fois pour toutes mais au contraire doit se poursuivre au fur et à mesure que se développent les interven­tions du laboratoire et que se diversifient les techniques de chantier (nouvelles compo­santes de b).

De l'usage au besoin (essai de rappro­chement entre deux attitudes présentées) • A ce stade de notre comparaison, on pourrait craindre qu'il n'y ait rien de commun entre les deux démarches. D'un côté, la notion de maniabilité semble s'évanouir en propriétés multiples, de l'autre, on affirme l'existence d'une propriété intrinsèque unique. En fait, il est heureusement possible de reconstruire la synthèse nécessaire en utilisant par exem­ple le vocabulaire de T.P. Tassios. Il faut, pour cela procéder en trois temps :

1) ~ontrer que la compactibilité est effecti­vement une propriété intrinsèque et, pour cela. comparer les classements,d'après les valeurs de porosités, des bétons mis en oeuvre sui­vant des processus différents.

(8) En appliquant cette règle, on ne pourrait proba­blement pas admettre des termes comme finissabilité [16-17J , ségrégabilité [18J, stabilité [14J. L'oppor­

tunité de termes comme "pompabilité" CI 6J, m~bJlité, compactabilité (mobility [1 tJ, spreadability li 6J) doit itre étudiée.

28

2) ~ontrer que la mobilité est également une propriété intrinsèque : pour cela, comparer les classements,suivant les v~leurs de temps d'écoulement,des bétons soumis à des proces­sus de mise e~ place différents.

3) Comparer les classements entre les bétons suivant les valeurs de la mobilité ou de la compactabilité.

Nous avons tait en laboratoire l'expé­rimentation correspondante. En ce qui concer­ne les points 1 et 2, elle ne fut malheureu­sement pas conduite de manière à cerner le domaine d'existence de la propriété intrin­sèque ~J. Nous considérons cependant qu'une relation entre porosité et temps d'écoulement implique l'existence des propriétés intrin­sèques mobilité et compactabilité et, du mê­me coup l'identité des classements suivant les valeurs de mobilité ou de compactabilité.

HoL,ili té et compac tabili té sont des propriétés indépendantes en principe, si l'on considère les mécaniques en jeu, mais dépendantes en pratique, car les paramètres susceptibles de varier largement dans le ca­dre des études comparatives les plus couran­tes sont très peu nombreux. (9) Dans la grande majorité des cas, la nature des cons­tituants est fixée (lp contexte régional limite le choix), le dosage en ciment est imposé (par le contrat) ; les trois paramè­tres importants qui peuvent encore varier sont le dosage en eau, la proportion relative du sable et du gravier et le dosage en adju­vants plastifiant en entraîneur d'air. La vérification expérimentale de l'existence 1'u~e propriét~ intrins~que doit porter sur les seuls paramètres susceptibles de varier, volontairement ou non. entre les bétons com­parés.

Associer porosité et temps d'écoule­ment n'est pas éloigné de la proposition de ceux qui comme T.P. Ta.sstos cu J.P. Bombled sont partis de l'analyse de l'usage: asso­cier cohésion et viscosité (ou cohésion ou déformabilité) pour définir la plasticité. A bien des égards en effet, la cohésion de nos mélanges dépend de leur porosité (nombre de ponts entre particules par unité de vo­lume) [19]. La porosité, comme la cohésion, passe par un maximum lorsque la teneur en eau varie; à partir des valeurs de porosité et de temps d'écoulement, il est possible de tracer un graphique (fig.l) très analogue à ~elui (fig.2) qui, selon T.P. Tassios "offre une image complète des propriétés du béton frais en rapport avec sa mise en oeuvre". L'approximation d'une propriété intrinsèque unique n'est admissible que dans le domaine des dosages en ciment où les courbes d'isopo­rosité du graphique sont horizontales.

':9) De même, le seuil de cisaillement et la vis~osité plastique d'une pâte de ciment sont des propriétés rpéologiquement bien différentes mais leurs variations en fonction du dosage en eau sont pratiquement iden­tiques.

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'écoulement au mania­bilimètre LCL en fonction du rapport ciment/eau pour différents dosages en ciment. Courbes d'isopo­rosité.

La seule propriété qui, apparemment, n'est pas prise en compte est la stabilité du béton, le risque de ségrégation des cons­tituants solides ou liquides. Toutefois, toute ségrégation des constituants solides augmente la porosité globale du béton en place, et réciproquement, toute réduction de porosité diminue les risques de ségrégation ultérieure (encore faut-il que la coulée de béton n'éclate pas comme souvent dans les cas de ségrégation catastrophique, mais alors c'est le processu~; de mise en oeuvre et non le mélange qu'il faut revoir). La ségrégation de l'eau après mise en place (le ressuage) diminue la porosité mais peut provoquer une fissuration préjudi­ciable. Les risques encourus doivent être étudiés séparément, surtout au moment du choix des éléments fins (sable et ciment) .

VEU X VU INITIOIJS

Ces deux attitudes conduisent à deux définitions: suffisent-elles à représenter tous les points de vue sur le sujet?

La m!'l.!Üabil.~ té n'est pas une propriété .... Voici la définition proposée

- par T.P. Tassios ~4J : "La maniabilité n'est pas une propriété mais une optimisation toujours changeante d'autres propriétés". Elle a le mérite de ne pas être en contradic­tion avec celles de nombreux auteurs qui d'emblée affirment la complexité de la notion de maniabilité.

- par R. Valette [20J : "L'ouvrabilité n'a pas de caractère fixe; c'est l'état de bonne mise en oeuvre qui différe suivant le but : enduit, moulage, gros massif et les moyens : coulage, vibration etc .. "

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Fig. 2 - Variation du temps d'écoulement au V.B. (V. Barhner) en fonction du rapport ciment/eau pour différents dosages en ciment. Courbes d'isocohésivité d'après le graphique 20 de T.P.' Tassios [14J

-par J.P. Bombled [t 3j : "Ouvrabilité, mania­bilité, ... sont des termes varifs qui mas­quent généralement notre ignorance".

- par J. Faury : "On convient de désigner par le terme de signification générale "maniabilité" l'ensemble des qualités pra­tiques que doit posséder le béton frais pour être transporté et mis en place sur le chan­tier, aisément et sans malfaçon".

Il s'agit plus là de définitions de la bonne maniabilité que de la maniabilité elle­même. Cela résulte directement du point de départ de l'analyse: l'expression de chantier "béton maniable". Comme le fait remarquer T.C. Powers l)iJ, suivant l'usage, il est équivalent de dire "le béton est maniable" ou "la maniabilité du béton est bonne". Pour cette raison, certains auteurs se contentent de définir la bonne maniabilité. Ainsi M. Papadakis [22] : "Un béton possède l' ouvra­bilité maximale lorsqu'il remplit au mieux le moule qui lui est offert tout en,conser­vant son homogén~ité".

~.§l __ !Daniabili té est une propriété .... voici la définition que nous proposons

"La maniab.ûUé eA:t fa p!Lop!L'<'é:té deA méfangeA, Itepéltabfe en fabolta:to,ùte, quA., fo.lt6qu' elle ex..i..6:te, pe.ltme:t de feA c.fa.6.6e.1t dal1.6 f' OltMe deA pOlt0.6Ué.6 déc..lto.{,J.>.6al1:teA deA bé:tol1.6 qu' ili 6oltmelta.{,C2.I1:t dal1.6 f'ouvltage ap!Lè.6 un pltoc.eA.6U.6 de m.{,,6e en oeuvlte donné. FoUIt c.e p!Loc.édé de m.{,,6e en oeuvlte, il C2.X..{,J.>:te une vafeu.lt de .ta maniabilUé pOUIt faquelle fa pOltO­.6Ué eA-f m.<.nimale. Ce:t:te vafeult, c.a.ltac.:télt.{,J.>.uque, dal1.6 fe doma.{,ne d' ex..i..6:tenc.e de fa maniab'<'Wé, du p!Loc.édé de m.{,J.>e en oeuvlte u.ti.f.{,,6é, peut ê:tJte appelée maniab.<.Wé c./tULque".

29

Certains trouveront peut-être cette définition trop abstraite et désagréablement non conventionnelle. Il nous semble que ce dernier point au moins n'est pas certain et qu'au contraire, notre définition est dans la ligne de celle proposée p_ar Glanville, Collins et Mathews en 1937 ~~ , "la quantité de travail utile pour obtenir un compactage complet". Pour eux, comme pour nous, la mania­bilité est une propriété de mélange. A tout béton, il est possible d'assigner une valeur de maniabilité 0u moins à l'intérieur d'une famille de mélanges et de procédés de mise en oeuvre que nos essais visent à préciser) .

La différence entre les deux définitions tient à la relation que la plus ancienne sup­pose entre la facilité de mise en place et le travail (au sens de la physique) nécessaire pour cette opération. Il est clair que cette relation ne peut être générale car la mise en place du béton est à la fois une opération de transport et de rangement des granulats et la qualité de ce dernier est, en principe, indépendante du travail accompli ; cette rela­tion ne peut donc être qu'approximativement vérifiée à l'intérieur d'un domaine (famille de mélanges et de procédés de mise en place) dont il faut chercher expérimentalement les limites.

Lorsque la relation maniabilité-travail peut être admise, il est possible de comparer en laboratoire les mélanges et les procédés de mise en oeuvre; comme cette possibilité est l'objectif que notre définition de la maniabilité vise, il s'ensuit que le domaine d'existence de la maniabilité, au sens où nous l'avons défini, contient celui de la maniabilité-travail. Pour les procédés de miEe en oeuvre que nous avons étudiés expérimenta­lement (malaxage - chute - vibration) les deux domaines sont d'ailleurs confondus puis­que la mesure du temps d'écoulement au mania­bilirnètre, sous puissance constante, est, en fait, celle d'un travail.

L'accord entre ces deux définitions est particulièrement réconfortant. Il ~tait, a priori, étonnant que, dans le cadre du thème 1 du séminaire de Leeds, la définition de la maniabilité-travail, simple et claire, n'ait trouvé aucun partisan: à peine pouvait-on noter une nostalgie discrète de la part de certains chercheurs é'nglais comme B.P. HugueE [24J (citant A.R. Cusens : "bien que la base théorique de l'essai (Glanville) fût raison­nable, l'effort de compactage normal qui fut adopté n'était pas satisfaisant pour la plu­part des bétons") ou encore G.H. Tattersall [25J Ce dernier note que, si le comportement

du béton frais est Binghamien, il ne peut pas, en principe, être caractérisé par une seule valeur sauf si les droites de Bingham des bétons comparés ne se coupent pas. C'est, autrement exprimée, une des conditions d'exis­~ence de la maniabilité au sens où nous l'entendons.

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ANAL YSE DE L'ATTITUDE ADVERSE:

LA MANIABILITÉ EST UNE OPTIMISATION

En avançant que, face à la définition de la maniabilité, ce sont deux attitudes qui ont cours, nous souhaitons suggérer que le tempérament de chacun intervient au moins autant que le raisonnement. Lorsque c'est ainsi, il est parfois difficile de se compren­dre. Pour nous, il est indispensable que la maniabilité soit une propriété intrinsèque; dès lors, comment pourrions nous suivre, dans toutes ses conséquences, la démarche de ceux de nos collègues qui ne voient dans la mania­bilité qu'un état optimal!

l - lif.tC'n maMab.te. e.t bon béton

Nous avons remarqué que définir la maniabilité en tant qu'état optimal revient, en fait, à définir la "bonne maniabilité". Mais les définitions qui sont alors proposées reviennent, nous semble-t-il, à celle-ci : "On dit qu'un mélange a eu une bonne mania­bilité, lorsque le béton qu'il est devenu après mise en place est satisfaisant".

C'est parce que nous ne pouvons pas nous empêcher d'aboutir à une formulation comme celle-ci que nous nous demandons à quoi peut servir une maniabilité ainsi définie si on lui ôte sa fonction de prévision 7 ~t 3 quoi bon la définir, si elle ne sert à rien 7

2 - Qualld ReA meA:J.lLeA ILhéofogiqueA comme.YlC.e.nt, .te. béton eAt déjà e.n place.

Or, la maniabilité doit caractériser le béton en cours de mise en oeuvre, non après, MRis, cette évidence n'étant pas partaqée, nous devons nous demander si les mots ont la même signification pour tous. Nous avons discuté les sens du mot maniabilité, il reste à préciser ce que nous entendons par "mise en oeuvre", "mise en place" et "rhéologie".

Pour nous, la mise en oeuvre comprend toute la chaine de fabrication : malaxage, déversement, transport, déversement, trans­port, déversement, serrage. C'est une suc­cession de mises en place: dans l'agitateur, le camion, la benne, et enfin le coffrage. Il est utile de distinguer deux types de mis

110)

en oeuvre suivant que le mélange est foisonne ou non lorsque commence la dernière mise en place. La vibration, très généralement em­ployée, ne sert, dans le dernier cas, qu'à

(10) Dans un mélange foisonné les vides emplis d'air forment un espace connexe ; dans le béton en place, ce sont les vides emplis d'eau.

faciliter le départ des bulles d'air, mais dans le premier cas, elle opère une véritable mutation du mélange et le transforme en matériau.

Cette distinction, eclairerait-elle l'origine de nos divergences? :

- Côté "départ non foisonné", l'espé­rance d'exprimer un jour la maniabilité en termes de forces appliquées, de viscosité, de seuil de cisaillement, de déformation à la rupture ou encor§, de mesurer, comme le propose l'Hermite L26], l'énergie nécessaire à la mise en place par l'aire sous la courbe effort de cisaillement~déformation ;

- côté "départ foisonné", le problème spécifique, transformations et non déforma­tions, le renoncement aux hypothèses de con­tinuité par rapport aux variables d'espace, des déplacements et des vitesses.

L'espérance des uns peut être déçue, le renoncement des autres s'avérer excessif. Mais d'un côté comme de l'autre, ne devrait­on pas convenir dès maintenant que la mise en place n'est objet de la macrorhéologie qu'au prix de simplifications dont la validité doit être étudiée, car le risque est toujours de dénaturer le problème en voulant mieux l'analyser? Même si la macrorhéologie s'avé­rait mal adaptée, le champ resterait dans ce domaine à la recherche scientifique qui sera~t alors microrhéologique et pourrait étudier comme le f ai tH. H. Bache L27J les mouvements des particules charrifes par une pâte visco­plastique, les oscillations des bulles d'air dans un liquide vibrant, les interactions des bulles et des granulats, etc.

3 - Que. dod OcUJte. e.n )Ytatique. un pevz;tù..an de. .fa manJ..a6ZtUé - é:ta-t 0 pwnal ?

Les temps ne sont pas encore venus où la maniabilité, état optimal, pourra être calculée par un ordinateur instruit des forces mises en oeuvre et des caractéristiques méca­niques et rhéologiques du béton en devenir. Pourtant, c'est ici et maintenant que le labo­ratoire doit comparer les mélanges et choisir le mieux adapté au chantier. Quels principes guideront son action quotidienne ?

Nous pensons, et nous espèrons le prou­ver par trois exemples, que le risque est grand de rechercher la maniabilité optimale selon les seuls critères de laboratoire en oubliant, faute de savoir les utiliser, les données du chantier: d'où les conflits entre constructeur et laborantin qui ne s'apaisent que par la démission du dernier qui doit reconnaltre avec Vallette que "l'ouvrabilité (ou maniabilité) s'apprécie, sur chantier, en bon ouvr ier" .

L'essai d'affaissement K de Nasser lis] . L'appareil, plus simpl~ encore que le cône d'abrams, est un cylindre creux dont la paroi est percée de plusi~urs rangées de trous,

terminé par un cône facilitant son enfonce­ment. Il permet deux mesures successives de signification physique différente :

on l'introduit dans le béton frais, puis on pige au bout d'une minute (première mesure) la quantité de mortier qui a pénétré par les orifices ; on le retire ensuite doucement et l'on repère la quantité de mortier restée dans l'appareil (deuxième mesure).

Pour le créateur de cet essai, la deuxième mesure est une indication de la ~aniabilité qui est optimale lorsque la quan­tité de mortier est maximale. Pas assez d'eau peu pénètre mais tout reste - trop d'eau: tout pénètre mais repart aussitôt pendant le retrait du cylindre. L'essai fait une pondé­ration entre cohésion et viscosité, mais indépendante des conditions de mise en oeuvre.

Les courbes d'ouvrabilité de ~. Brusin [291. Ces courbes représentent la variation

de la quantité d'eau ressuée en fonction du temps d'écoulement lorsque varie le dosage du mortier en eau de gâchage.

Selon l'auteur, sur ces courbes, le point le plus proche de l'origine correspond à l'ouvrabilité maximale: "En effet, pour un mortier donné, l'augmentation de la teneur en eau réduit le temps d'écoulement, mais en même temps, le ressuage devient plus important et entraîne un risque de perte d'homogénéité. Par conséquent, l'ouvrabilité maximale est obtenue lorsque le mortier présente simulta­nément un temps d'écoulement faible et un ressuage minimal."

Là encore, le compromis cherché ne tient pas compte des conditions réelles de mise en oeuvre. Il dépend, par contre, des modes opé­ratoires des essais ; il suffirait, par exemple, de modifier la hauteur de l'éprouvette de mortier ressuant pour trouver un autre mortier d'ouvrabilité optimale.

La plasticité, pas la maniabilité. Puisque la manjabilité optimale est impossible :'\ déterminer actuellement, J .P. Bombled Li 3] propose, comme nous l'avons déjà indiqué, de tourner la difficulté en définissant et en étudiant une propriété qui serait réellement intrinsèque : la plasticité, rapport du seuil de cisaillement à la viscosité plastique.

Cette définition est intéressante puis­qu'elle résume, en une formule simple, le compromis cohésion-fluidité. Mais faut-il comprendre que le laboratoire doit chercher le mélange le plus plastique? Si oui, c'est encore une optimisation sur les seuls critères de laboratoire ; si non, à quoi sert la plas­tici té ?

Toutes des difficultés que nous avons soulevées posent, en fait, le problème des ~elations chantier-laboratoire ; tant il est vrai que la qualité, la fécondité de ces relations dépendent de la définition acceptée de la maniabilité.

31

QUELQUES AVANTAGES QUE NOUS TROUVONS

A NOTRE DHINITION

La maniabilité au sens où nous l'enten­dons est une approximation expérimentalement contrôlée. S a raison d'être tient aux simpli­fications qu'elle apporte dont nous montrerons trois aspects.

l -dan,6

L'habitude est de confondre, au grand dam des théoriciens, la maniabilité et la consistance, celle-ci étant une propriété technologique impossible à définir sans se référer à l'appareil qui sert à la mesure (consistance au cône d'Abrams, au Glanville, au maniabilimètre LCL, etc.).

La définition que nous proposons conduit à admettre que, pour une certaine catégorie de mises en oeuvre, une certaine gamme d'appareils de mesure de la consistance et une certaine famille de compositions de béton, les notions de maniabilité et de consistance sont confon­dues. A l'intérieur du domaine expérimentale­ment défini, toute mesure de la consistance est un repérage de la maniabilité, et il est justifié de dresser un tableau comme celui-ci

Temps d'écoulement Type de mise en place recommandé au

maniabilimètre LCL

Poutre très ferrai llée 8 second es

Revêtement routier 15 second es

Hors du domaine, le même tableau n'est plus licite, la maniabilité, propriété intrin­sèque, n'existe plus, le temps d'écoulement au maniabilimètre n'est plus qu'une mesure de consistance parmi d'autres.

2 - EUe. 6a~e. lu lte.fatiOn,6 e.ntlte. le. laboltato-Ùte. et le. ehantie.lt

Elle est conçue pour inciter le laboran­tin à reconnaître (expérimentalement) le do­maine où ses conclusions de laboratoire sont transposables au chantier et hors duquel elles ne le sont pas.

S'il s'agit d'étudier une formule de béton, il saura qu'à l'intérieur du domaine il peut en proposer une et la défendre

32

par une argumentation motivée mais qu'à l'ex­térieur, il doit renoncer aux essais de labo­ratoire et orienter plutôt son effort vers fles constatations sur chantier. Les relations laboratoire-chantier en seront clarifiées et simplifiées. Qui n'a vu des laboratoires proposer pour le même ouvrage trois form~les de composition de béton? Qui n'a vu, ma1S . c'est le corollaire, la formule du laborato1re rejetée à la première gâchée ou mieux a priori, avant qu'aucun engin de chantier ne soit réglé?

A nos yeux, l'utilité principale de la définition proposée serait de donner une con­fiance expérimentalement fondée au laborantin, de manière à ce qu'il puisse rendre pleine­~ent service au constructeur. La méthode d'es­sai et d'erreur ne se pratiquera plus alors sur le chantier mais en laboratoire, ce qui peut être économiquement intéressant.

3 - Elie. ~eJWIet d' étabÜJt un.e. Itègle. de. ÛmLt-Uade. PO[[1t :ta 60. !uca.ur!f't du ~tyLouve.f;tu

Dans le domaine d'existence de la mania­bilité, il est possible de caiactériser les conditions de mise en oeuvre par la valeur de la maniabilité critique pour laquelle, selon la définition, la porosité du béton en place est minimale.

Cette valeur peut être déterminée expé­~imentalement pour les procédés de mise en oeuvre utilisés au laboratoire. Par contre, sur chantier cette détermination est prati­quement impossible (il faudrait pour la faire, mettre volontairement en place des bétons trop secs et donc préjudiciables pour le compcrte­ment de l'ouvrage). En revanche, il doit être possible de se mettre d'accord sur une mania­bilité souhaitable (par exemple, 8 secondes ~CL pour un béton de poutre précontrainte assez ferraillée) cela revient à dresser un ':ableau comme celui donné ci-contre.

Actuellement, les procédés de fabrica­':ion des éprouvettes de béton ont une mania­bilité critique beaucoup plus faible que la maniabilité souhaitéA pour les bétons d'cu­vrages. Il est possible de faire des éprou­vettes compactes avec des b0tons très secs qui laissera.ient, dans les ouvrages, des ca­vernes catastrophiques. ~oins le mélange sera maniable, plus l'éprouvette sera résistante. Dès lors, comment le maître d'oeuvre, dont le contrat avec l'entrepreneur est établi sur des 'laleurs limites de la résistance mécanique mesurée sur éprouvette, ne s'étonnerait-il pas de l'entêtement que le laborantin met à fixer une valeur minimale de la maniabilité ?

Tout deviendrait plus cohérent, si le procédé de fabrication des éprouvettes était choisi tel que sa maniabilité critique soit égale à la maniabilité souhaitée pour l'ouvrage 1)]. Il n 'y aura j t plus de contradiction entre résistance et maniabilité car le béton le plus résistant résulterait du mélange ayant la maniabilité souhaitée pour l'ouvrage. Plus maniable, c'est-à-dire contenant de l'eau en excès, ou moins maniable, c'est-à-dire insuf­fisamment dosé en eau, sa résistance serait

plus faible, dans l'éprouvette et dans l'ou­vrage.

La maniabilité critique peut jouer le rôle d'un facteur de similitude entre l'ou­vrage et l'éprouvette, comme le nombre de Reynolds pour les ouvrages hydrauliques. Les conséquences de cette proposition et son inci­dence possible sur les normes de fabrication des éprouvettes et sur la pratique des contrô­les sont analysées dans le chapitre suivant.

CONCLUSIONS

Nous avons présenté deux attitudes qui s'opposent pour définir la maniabilité, deux raisonnements mais, plus encore, deux tempé­raments. Nous nous sommes efforcés d'aller jusqu'au bout de nos doutes et de nos convic­tions sans espèrer convaincre - est-ce encor8 possible après 50 ans de débat? L'enjeu, pourtant n'est pas négligeable car de lui dépend le réalisme des études de composition et des contrôles et, au bout du compte, la possibilité d'une coopération efficace entre le laboratoire et le chantier.

Les lois scientifiques qui régissent 12 mise en oeuvre du béton restent à découvrir. Nous en sommes encore, au laboratoire, à pratiquer des essais d'imitation (mesure de la consistance) riches, certes, des observa­tions accumulées mais comportant nécessaire­ment une part d'arbitraire. Toutefois, il est toujours possible d'étudier expérimentalement dans quelle mesure les classements établis entre les bétons dépendent de cet arbitraire. Bien sûr, en toute rigueur, cette tâche n'est

jamais terminée (elle ne peut l'être que par la connaissance des lois), mais au fur et à mesure de son avancement, la justesse et l'u­tilité du classement s'affirment. Il devient plausible qu'il puisse dépasser le cadre du laboratoire et s'appliquer au chantier, au moins dans le domaine des procédés de mise en oeuvre étudiés et si les mélanges comparés ne diffèrent pas trop considérablement, par exemple par le dosage en ciment. La consis­tance devient la maniabilité, propriété appro­ximativement intrinsèque des mélanges. Que changent, sur les chantiers, les procédés de mise en oeuvre, et d'autres appareils seront créés pour repérer la consistance mais la définition de la maniabilité restera inchangée.

Cette définition est scientifique, au moins par son aspiration, dans la mesure où l'objet de toute science est de permettre la prévision en généralisant les résultats obte­nus en laboratoire; mais elle est aussi, et surtout, pragmatique car, par nécessité, elle admet une prévision approximative (mais expé­rimentalement contrôlée) et une généralisation limitée.

Ce pragmatisme ne peut faire l'unanimité et, à long terme, il ne peut satisfaire per­sonne. Concevoir la maniabilité comme "une optimisation toujours changeante d'autres pro­priétés" ouvre des possibilités de recherches utiles (à condition que la valeur de leurs résultats soit jugée d'après les prévisions qu'ils permettent).

Au terme de cette analyse, les deux at­titudes restent donc en présence : .mais s'il n'yen a vraiment que deux, c'est déjà une simplification. Il reste donc à souhaiter que chacun veuille bien reconnaître sa propre dé­marche dans l'une ou l'autre. Sinon, qu'une troisième se manifeste !

33

CHAPITRE 4

Vers une règle de similitude

pour la fabrication des éprouvettes

Communication présentée au Colloque Rhéologie des bétons. AFREM et groupe français de rhéologie. Paris, décembre 1973.

Les textes réglementaires applicables aux bétons d'ouvrages d'ar~ d0finissent comme critère des épreuves d'étude, de convenance et de contrôle, la résistance à la compressioL à 28 jours d'éprouvettes fabriquées avec le béton destiné à l'ouvrage concerné. On suppose qu'à tout résultat satisfaisant obtenu sur éprouvettes correspond une valeur acceptable de la qualité du béton de l'ouvrage. '1ais, est-ce toujours vérifié?

Après avoir analysé la normalisation en vigueur concernant la fabrication des éprou­vettes et montré que son application peut con­duire parfois à une surestimation importante de la qualité du béton de l'ouvrage, nous pre­posons une méthode qui, pensons-nous, élimine ce grave inconvénient sans, pour autant, modi­fier fondamentalement les tex~es de normes.

NORMALISATION CONCERNANT

LA FABRICATION DES ~PROUVETTES

La méthode de fabrication des éprou­vettes de béton, applicable pour les diffé~ rentes épreuves réglementaires, est définie par la norme NF P 18-422 de juin 1970 (mise en place par aiguille vibrante) et par le projet de norme NF P 18-421 (mise en place à la table vibrante), en cours d'homologation

[30] .

La disposition commune à ces deux textes est que le processus de mise en place du béton dans l'éprouvette dépend de la consistance de ce béton : des abaques permettent de détermi­ner la durée de vibration en fonction de la valeur d'affaissement au cône du béton; la durée de vibration est d'autant plus grande que l'affaissement au cêne est plus faible.

Cette disposition résulte d'une concep­tion particulière de la signification des éprouvettes et du rôle du laboratoire aux stades de l'étude et du contrôle.

34

1. f...I!gwlle.nt6 e.n lave.Wt de. la l1olUnawlLUOI1 ac..tue.Ue.

Si la norme prévoit d'adapter le pro­cessus de mise en place à la consistance du béton, c'est afin de réaliser l'éprouvette la plus compacte et la plus homogène possible. Si le béton est très mouillé, il sera peu vibré pour éviter la ségrégation; s'il est sec, il sera au contraire vibré longtemps pour éliminer les vides autant que possible.

Les arguments présentés en faveur de cette orientation sont les suivants :

- sur un chantier, lorsque la consistance du béton varie accidentellement, l'ouvrier char­gé de le vibrer constate visuellement la va­riation de consistance et modifie en consé­quence la durée de la vibration. La norme ne fait donc que systématiser ce qui se passe en pratique ;

- les éprouvettes doivent permettre de juger le béton et non sa mise en place. En réali­sant des éprouvet~es compactes, on élimine l'influence de la mise en place et on étudie seulement le macériau.

Contre les arguments exposés plus haut, on peut présenter certaines objections.

Le béton se compose de tous les consti­tuants intentionnellement mélangés et, en ?lus, de "vides". Les propriétés du béton dépendent de celles de ses constituants et de sa teneur en "vides". Celle-ci dépend, à son tour, des propriétés des constituants et du processus de. mise en place.

Il en résulte qu'en opposition avec le second argument, il n'est pas possible de dé­::inir un béton indépendamment de sa mise en place.

Chercher à réaliser, dans tous les cas, une éprouvette compacte sert à établir une

situation de référence non pas pour l'étude globale du béton, mais pour une étude par­tielle de l'influence de certains paramètres (classe du ciment, teneur, liaison entre la pâte de ciment et les granulats, etc.).

Il est vrai que souvent, sur chantier, l'ouvrier chargé de la vibration adapte la durée de celle-ci à la consistance du béton ; de cette manière il atténue, dans une certaine mesure, l'effet des variations accidentelles. On ne peut affirmer cependant qu'il agira tou­jours ainsi, en particulier si son poste cons­titue un "goulot d'étranglement" du chantier (ce qui n'est pas rare).

Si on fabrisue les éprouvettes en sys­tématisant cette compensation des défauts par la vibration (sens de la normalisation actuel­le), l'estimation de l'influence des varia­tions n'est plus faite dans le sens de la sécurité. Dix litres d'eau en moins apportent une amélioration sur des éprouvettes compactes mais, peut-être, si la durée de vibration n'est pas modifiée en conséquence, une chute de 30% des résistances mécaniques de la partie d'ouvrage en cause.

Au stade de l'étude, il faut considérer, non pas la compensation possible, jamais cer­taine en fait, mais les conditions normales de la mise en oeuvre (ce qui n'empêche évi­demment pas d'essayer d'améliorer ces condi­tions). Une fois ces conditions fixées (par le C.C.T.P., par les disponibilités du parc de l'entreprise, par l'encombrement des arma­tures, par les délais impératifs de coulage etc.), il est peu vraisemblable qu'elles soient modifiées pour être adaptées à la con­sistance du béton conseillée par le labora­toire.

Le but de l'étude est, au contraire, de trouver le meilleur béton, compte-tenu des conditions de mise en oeuvre normalement pré­vues. Pour cette raison, il paraît plus réa­liste que toutes les éprouvettes d'une étude soient mises en place de la même façon, que le béton soit sec ou mouillé.

LIEN ENTRE LE B~TON DE L'OUVRAGE

ET CELUI DE L'~PROUVETTE

Il est admis que le béton de l'éprouvette n'est jamais identique à celui de l'ouvrage, qu'il en est, au mieux, "l'image". Mais, "l'image" peut être plus ou moins fidèle ou distordue. Un moyen de vérifier sa validité est de comparer l'effet, sur le béton de l"éprouvette et sur le béton de l cPfvrage, d'une variation du dosage en eau .

(1 )Les résultats et raisonnements qui suivent seraient analogues si on avait examiné l'effet de la variation de n'importe quel autre constituant.

La comparaison de ces effets peut être faite en commenta~t la figure 1.

Lorsque le béton est mis en place tou­jours de la même façon, quel que soit son do­sage en eau, la variation de la résistance est représentée par une courbe du type des courbes l, 2 et 3 obtenues expérimentalement. Dans ce cas, la résistance est faible lorsqu'il y a peu d'eau (compactage insuffisant) et lors­qu'il y en a trop. Il existe un dosage en eau ?our lequel la résistance à la compression est maximale: le "dosage en eau critique", auquel correspond un temps d'écoulement au maniabilimètre LCL appelé "maniabilimètre critique".

Si on fabrique les éprouvettes de façon qu'elles soient toujours compactes, quel que soit le dosage en eau du béton (cas de l'ap­plication de la norme), la courbe représenta­tive de la résistance à la compression sera approximativement la courbe T. (2) Dans le cas êe notre expérimentation, l'équation de la courbe T, déduite de la loi de VRRFT en posant v = 0,15 e (3) s ' écrit

", c (1 + 1,1 5 ~)

c

Pour 1e'S 8prouvettes de la courbe l, le êosage en eau critique est de 155 11m3 et la ~anjahilité critique de 150 s.

Les dosages en eau critiques et mania­tilités critiques sont d'environ 165 11m3 et ï5 s pour la courbe 2, et 175 11m3 et 35 s pour la courbe 3.

L'espace hachuré entre les courbes 2 et 3 représente le fuseau de variation de la résistance à la compression lorsque la durée êe vibration de la table varie entre 5 et 15 secondes.

Afin d'illustrer le lien entre les reSlS­tances mécaniques d'un béton d'ouvrage et celles du béton d'éprouvette, nous ferons la convention suivante :

- d'une part, nous supposerons que l'éprou­vette mise en place ~ la table vibrante est un ouvrage, - d'autre part, nous considérerons que l'éprou­vette mise en place n l'aiguille vibrante est destinée à l'étude et au contrôle de la quali­té du béton de l'ouvrage ci-dessus défini.

(2) La validité de cette courbe théorique est confir­mée par sa proximité avec la courbe 1 au-delà de son maximum.

(3) Il subsiste toujours des vides résiduels dans le béton après mise en place et la valeur v = 0,15 e semble assez générale.

35

FIG. 1 - Relation entre la résis­tance à la compression à 7 jours et le dosage en eau ou le temps d'écoulement au maniabilimètre LCL d'un béton correspondant à ce dosage.

Courbe T. Courbe théorique pour des éprouvettes fabriquées con­formément à la norme NF P 18-422.

Courbe 1. Eprouvettes pervibrées 15 secondes à l'aiguille (/; 30 pression 6 bars.

Courbes 2 et 3. Eprouvettes vibrées respectivement 15 et 5 secondes sur une table vibrante à air comprimé - pression 1 bar.

Le fuseau entre les courbes 2 et 3 repré­,3entar~ la '!~r]atjon de la r0s1staclce ~ la compression du béton de l'ouvrage, la couree l représentera la varlation ces résistances des éprouvettes ueSLlnées sOll ~ l'~tude, soit au contr51e de l'ouvrage.

En examinant, dans ces conditions, le lien entre béton d'éprouvette et béton d'ou­vrage, on constate que :

al - Si le dosélge en eau du b[ton est supé­:cieur à 175 litres, les résistances à la com­pression du béton des éprouvettes et de l'ou­vrage sont voisines et proches de la résistance théorique du béton compact. Dans ce cas, et tant que le dosage en eau ne dépasse pas 210 11m3, ces résistances sont correctes.

:Jl - Si le dosage en eau du béton est compris entre 165 et 175 11m3, les résistances du ~éton de l'ouvrage sont comparables à celles des éprouvettes, si la mise en place est blen faite. Si, sur l'ouvrage, la durée de vibra­tion n'est plus que de 5 secondes, les résis­tances de l'ouvrage deviennent insuffisantes alors que celles des éprouve~tes sont excel­lentes.

cl - Si le dosage en eau est inférieur à 165 11m3, les résistances du béton de l'ouvrage deviennent désastreuses. Par contre, tant que le dosage en eau du béton est supérieur à 150 11m3, les résistances du béton des éprouvettes demeurent très élevées. Au-dessous de 150 11m3, ces résistances chutent brutalement ; mais il suffirait d'appliquer la norme NF P 18-422. pour repousser cette chute hors des dosages en eau vraisemblables car, dans ce cas, l'aba­que indiquerait qu'il faut vibrer non plus

36

400

Resistance a la compression 1 bar s)

100#cHf~À----+-----r----~---+----+---~-----

150 temps 200

d'écoulement en secondes

160 100

170 50

180 25

190 12

200 6

210 dosage en eau II/ml

l5 mais 45 secondes. Les résistances des ,5prouvettes resteraient encore voisines de celles indiquées par la courbe T.

Pour l' ouvr 2.g0 et la mi se en place consi­dérÉs (c'est-i;-dire l'éprouvette vibrée sur ~able vibrante), il est vraisemblable que le dosage en eau considéré comme souhaitable par Les praticiens après tâtonnements serait d'e~-7i~on 1'5 litres.

Si l'on se pose alors les questions .3uivantes :

- quelle est l'influence sur les résistances .'le l 'ouvraqe d'une variation de dosage en eau de + 10 11m 3 (ou d'une variation du dosaqe de n'importe quel autre constituant provoqua~t ~ne variation de maniabilité semblable à celle ~ésultant de ~ 10 11m3 d'eau) ?

- quel est l'effet d'un plastifiant?

les réponses déduites des essais sur épro'l­vettes pourront être fausses.

Par exemple, en se fiant aux éprouvettes, on répondrait à la première quest.i.on qu'il résulte une variation de la résistance à la compression de 250 à 325 bars. En fait, sur l'ouvrage, c'est une variation de 200 à 350 bars que l'on peut constater.

MÉTHODE PROPOSÉE

Les résultats expérimentaux décrits plus haut et l'interprétation que nous en donnons montrent que le béton d'éprouvette peut fournir une image si distordue du béton d'ouvrage que ce qui améliore le premier peut nuire au second.

l - PJt.-tne-Lpe. de. la. méthode.

Les mêmes résultats expérimentaux don­nent une condition nécessaire pour éviter cett:e distorsion : faire coincider les dosages en eau critique (ou, ce qui revient au même, les maniabilités critiques) des processus de mise en place du bét.on dans l'ouvrage et dans les éprouvettes.

La mise en application de ce principe est ~ossible, car comme nous l'avons montré [4-6J à l'intérieur du domaine de définition de la maniabilité, la valeur de la maniabilitÉ; critique dépend à peu près uniquement des con-­ditions de mise en oeuvre et ne dépend prati­quement pas des caractéristiques des consti­tuants.

La vate.U!t de. .ta marU.Clbililé cJt.{.tique. prut donc. ê.tJr.e. c.oY!,6.(déJtée. c.omme. une. c.aJtac.té.JUJ.,.ti.que. du pltOc.é.dé de. we. e.n pfuc.e.

Elle peut être déterminée expérimenta­lement en laboratoire en traçant une courbe comme celles de la fJgure l ; dans les condi­tions du chantier, faute d'une détermination expérimentale pratiquement impossible, il parai t réaliste de prendre, comme valeur appro­ximative de cette caractéristique, la mania­bilité minimale nécessaire sur laquelle les ingénieurs de l'administration et de l'entre­prise s'accordent, lors de l'épreuve de conve­nance.

2 - Appüc.auon pltaUque.

Les étapes nécessaires pour pouvoir définir un processus de mise en place cI' éprou­vettes conformément aux indications ci-dessus, sont les suivantes :

1°) - Etalonnage comparatif de tous les ma­niabilimètres LCL (4) ~VAC celui du LCPC ;

2°) - Enquête sur les ouvrages les mieux suivis et visant à obtenir les renseignements ci-dessous :

caractérisation de l'ouvrage,

caractérisation des constituants du béton,

formule de l'étude, formule utilisée,

dosage en eau conseillé par l'étude,

maniabilité obtenue en laboratoire,

dosage en eau et maniabilité (mesurée au moment de la mise en place) minimaux pour lesquels les représentants de l'en­treprise et de l'administration s'accor­dent,

(4) Nd- - - - l ous avons con u~t nos exper~mentat~ons avec e maniabilimètre LCL et nous pensons que cet appareil est très bien adapté à ce type d'utilisation. Toute­fois, d'autres appareils pourraient être utilisés, tels que l'appareil de Glanville ou le V. Barhner par exemple. Il faudrait cependant vérifier que l'on reste à l'intérieur du domaine de définition de la maniabilité [6].

maniabilité, mesurée en laboratoire, du béton ayant le dosage en eau ci-dessus et un temps d'attente équivalent entre mala­xage et mise en place.

Les résultats de cette enquête devraient permettre de classer les ouvrages en un nombre l.imité de catégories, et de faire correspondre ~ chaque catégorie d'ouvrage un temps d'écou­l.ement au maniahilimètre (d'après les réponses ~ la dernière question) .

3") - En laboratoire, on déterminera, pour chaque catégorie, un processus de mise en place du béton d'éprouvette tel que sa maniabilité critique sera égale au temps d'écoulement t.rouvé ci-dessus.

4°) - Au terme de ces trois étapes, le résul­tat se présentera dans un tableau :

- -CHégorie Temps Processus de d'ouvrage d'écoulement au mise en place

maniabilimètre des éprouvettes

CI t l ml

C2 t 2 m2

C3 t 3 ~

etc etc etc

Ce tableau pourrait être inclus 0ans la norme concernant la fabrication des éprouvet­tes. Des tableaux semblables existent déjà.

Voici, par exemple, celui de J.D. Mc Intosh [31J :

Conditions de mise en place

Parties soumises à une vibration intensive et prolongée accompagnée

Maniabi li té G lanvi lle

d'une pression .. .....•.....•......•. .. 0,65 - 0,68

Petite partie soumise à une vibration intensive ou partie importante soumise à une vibration Clorma le .••..•......................... 0,7 5 - 0,78

Par tie normalement armé·e avec vibration ou partie importante sans vibration ........... .. 0,83 - 0,85

Partie normalement armée sans vibration ou partie fortement armée avec vibra tion ....................••....... 0,90 - 0,92

Par tie for tement armfe sans vibration (b~ton non vibrab le) ................••....... 0,95

37

1

CONDUITE DES !:TUDES ET DES CONTROLES COMPARAISON DES DEUX M!:THODES

E T U D E

NORMALISATION ACTUELLE METHOD E PROPOSEE

Même compositcoG granulaire

Jétermination de Temps au la catégorie de I-----,N",lo",r:..:m",e,,--.-l maniabilimètre l'ouvrage étud ié (lIE) LCL

<li

~ o z

1 1 ct! \Cl) QJ ç:: P. r-l

'r< ><: CIl S <Il '-' .... ç:: <li ç:: <li +-J 0 S \(]J • ..-1'..-1 Cl +-J ....

/

Dosage en 1f------"D:..:é:.;t::..:e;:-:r:..:m;::1::.:'n"'a=t::.io:0:.:n_--JValeur de / eau 1 expérimentale l'affaissement

"1ode de mise en place unique pour les éprouve t tes ~oncer nant l'ouvrage

Dosage en eau à recommander au chantier (lE.)

Risque d'erreur d'interprétation

<li

E o z

Jurée de vibration des éprouvettes

AVANTAGE :

Par rapport à ce qui se passe actuellement, chaque laborantin bénéficierait (par l'inter­médiaire de l'enquête) de l'expérience de tous pour déterminer ,le dosage en eau recommandable,

Influence d'une variation de dosage des constituants

~ésultats expérimentaux dans le sens de la sécurité

(~) - Ouvrage ou partie d'ouvrage. Parfois, il pourra être conseillé de prendre en considération la partie la plus ferraillée de l'ouvrage.

(lIIf)_ Etant entendu que cela n'exclut jamais un "affinage" au moment des premiers essais en vraie grandeur.

dosage en eau déterminée à l'étude

1 béton destiné 1 à l'ouvrage 1

CONVENANCE

valeur de dét:rmination l'affais-exper 1mentale

./ sement

r-n-ou-v-ea-u--'" 1 correction

dosage est1mée en eau

durée de vibration des éprouvettes

dosage en eau norme mode de mise en déterminée à r-----~~ place identique l'étude à celui de l'étude

nouveau V dosage en eau

.-------'--------,/ '.--------, temps d'écou- "\ référence au lement au f------~ temps d'écoulement maniabilimètre recommandé par LCL l'étude

CONTROLE

détermination valeur de / béton destiné 1 norme mode de mise en expér imen ta le l'affais- à l'ouvrage 1 place identique

sement à celui de l'étude

+ durée de vibration des éprouvettes

CONCLUSIONS

La conception de la normalisation actu­elle est d'adapter l'énergie de compactage des éprouvettes à la consistance du béton ; elle implique donc que l'ate:ier de rr.ise en place ne soit jamais un "goulot d'étranglement" du chantier. Dans la méthode proposée, l'éner­gie de compactage des éprouvettes est adaptée aux moyens de mise en oeuvre prévus pour l'ou­vrage à construire, les résultats de l'étude sont plus réalistes et dans le sens de la sécur ité.

La méthode proposée élimine le compro­mis entre les exigences de résitance mécani­que et de maniabilité ; elle donne donc de la cohérence aux essais d'étude de convenance et de contrôle et clarifie les relations entre ".l.aî.tre d'oeuvre, entreprise et laboratoire.

Le mode opératoire de fabrication des éprouvettes est aussi bien défini dans la méthode préconisée que dans la normalisation actuelle. Cette méthode n'implique d'ailleurs pas une modification fondamentale des textes actuels, mais simplement le remplacement de l'abaque des durées de vibration en fonction de la consistance du béton par un tableau définissant les modes de mise en place des éprouvettes (procédé et durée d'application) suivant les diverses catégories d'ouvrage.

Cette modification va dans le sens d'une simplification pratique pUisquè, pour un ouvrage donné, il n'y aurait pluS qu'un seul processus de fabrication des éprouvettes et notamment une seule durée de vibration.

39

40

CHAPITRE 5

Méthode expérimentale de composition

La méthode décrite est fondée sur l'utili­sation du maniabilimètre LCL.

On détermine par approximations succes­sives J'ensemble des proportions relatives des constituants solides inertes pour lequel, à dosa­ges en ciment et en eau fixés, le béton s'écoule le plus rapidement dans le maniabilimètre LCL (détermination du squelette optimal).

On détermine ensuite le dosage en eau (et éventuellement en adjuvant) nécessaire pour que le béton à squelette optimal s'écoule en un temps donné dans le maniabilimètre LCL. Ce temps d'écoulement est fixé d'après le type de béton et le mode de mise en œuvre appliqué sur chantier.

Des exemples d'application de la méthode sont donnés pour un béton d'ouvrage d'art et un béton routier.

Mots clés : 32. Béton hydraulique - Compo­sition du mélange - Mesure - Maniabilité -Expérimentation - Méthode d'essai - Optimi­sation - Choix.

Extrait du Bulletin de Liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées n° 84 de juillet-août 1976.

SITUATION DE LA METHODE PAR RAPPORT A CELLES QUI L'ONT PRECEDEE

En matière de composition de béton, il existe en France deux écoles qui s'accordent sur les qualités essentielles à rechercher pour un béton de structure porteuse (bon­nes résistances mécaniques, faible porosité) mais s'op­posent sur la voie à suivre, notamment en ce qui con­cerne l'appréciation des facteurs qui déterminent le dosage en eau nécessaire. D'un côté les méthodes Faury ou Joisel, pour lesquelles le dosage en eau né­cessaire est proportionnel aux vides du squelette formé par les constituants, de l'autre, les méthodes Vallette, Lézy et Buisson, pour lesquelles ce dosage est propor­tionnel à la surface spécifique des constituants solides.

Ces deux points de vue, qui ne sont pas toujours cO'nci­liables, orientent chaque méthode dans son ensemble. Ainsi, les premiers chercheront naturellement le sque­lette le plus compact et pourront se référer à une théo­rie presque géométrique (courbes de référence), les se­conds, au contraire, chercheront expérimentalement le mortier à minimum de sable.

L'esprit scientifique ne peut manquer d'être troublé par cette opposition durable ! Il n'y a que trois possi­bilités : ou l'opposition n'est qu'apparente; ou l'une des thèses est fausse; ou les deux thèses sont approxi­matives et divergent quant au choix des approxima­tions. Cette dernière possibiUté est la plus vraisem­blable et, sans prétendre faire une analyse complète qui n'aurait pas sa place ici, on peut montrer que cha­cune des thèses repose sur une approximation au moins et que celle-ci ne peut être justifiée pour tOUg les bétons et tous les procédés de mise en œuvre.

La diversité des bétons rencontrés en pratique est, en effet, très grande, depuis le béton maigre de parpaing puissamment vibré jusqu'au béton de pieu, riche en ciment mais mis en place simple­ment par gravité. Une approximation peut être utile, même si elle n'est acceptable que pour cer­tains bétons ou certains procédés de mise en œuvre mais, pour éviter toute ambiguïté, il est nécessaire de préciser son domaine de validité. Ce dernier doit se traduire en principe par une fourchette de variation des principaux paramètres intrinsèq ues (dosages, granulométries, etc.) ou extrinsèques (puissance, durée de la mise en place, encombrement des coffrages, etc.). En fait, il n'est jamais possible de définir complètement et préci­sément le domaine de validité d'une approxima­tion car les paramètres sont trop nombreux et certains facteurs importants ne sont pas paramé­trables .. Il suffira pour notre discussion que nous distinguions trois catégories de béton suivant leur dosage en ciment et que nous nous limitions à la mise en place par vibration, courante en génie civil.

LOl'3qu'un béton de consistance donnée (10 s au maniabilimètre par exemple) est mis en place d'une manière reproductible, il existe un dosage en ciment pour lequel la porosité du béton est minimale. Bien que ses résistances mécaniques n'en soient pas pour autant maximales (elles augmentent en effet régulièrement avec le dosage en ciment) ce béton est cependant particulière­ment avantageux en pratique si l'on considère l'ensemble de ses propriétés : facilité de mise en place, résistance aux agents agressifs, risque de fissuration par dessication, etc. L'expérience mon­tre que certaines lois qui régissent le comporte­ment du béton pendant sa mise en œuvre sont différentes suivant que le béton est sUl'dosé en ciment, sous-dosé ou qu'au contraire ce dosage est voisin de la valeur optimale qui confère la poro­sité minimale. Les approximations acceptables pour une catégorie de béton peuvent ne pas l'être pour une autre, ce qui limite le domaine d'applica­tion des méthodes de composition qui les utili­sent.

Dans les méthodes Faury ou Joisel, on admet que le dosage en eau optimal est celui qui confère une porosité minimale au béton; ce dosage est proportionnel aux vides du mélange sec de ci­ment et de granulats composé avec les mêmes pro­portions. On compare les mélanges à dosage en eau optimal, ce qui revient à supposer implicite­ment que tous peuvent être mis en œuvre avec la même facilité. Cette hypothèse se vérifie bien pour les bétons sUl'dosés ou normalement dosés en ciment mais ne se vérifie pas pour les bétons sous-dosés. Ce serait donc une erreur d'appliquer ces méthodes de composition pour les bétons de parpaing. En outre, la loi de granulation, déduite de la théorie de Caquot, n'est justifiée que si le dosage des grains les plus fins - essentiellement le ciment - est lui-même optimal et confère au mélange la porosité minimale. Le domaine de vali­dité de ces méthodes de composition se limite donc aux bétons dont le dosage en ciment est voisin de la valeur optimale.

D'un autre côté, la relation entre le dosage en eau nécessaire et la surface spécifique des consti­tuants solides ne se vérifie que pour les bétons SUl'dosés en ciment ce qui limite du même coup

le domaine de validité des méthodes Vallette Lézy, Buisson. Pour ces bétons d'ailleurs, les thè~ ses des deux écoles ne sont pas incompatibles puisque le volume des vides du mélange sec de granulats et de ciment augmente lorsque la sur-face spécifique augmente*. .

Pour se prononcer sur l'intérêt pratique de cha­que méthode, il est nécessaire de situer le dosage optimal en ciment par rapport aux dosages cou­ramment utilisés (400 kg/m3 pour un ouvrage d'art, 330 kg/m3 pour un béton routier). Les dosa­ges optimaux indiqués dans la littérature sont souvent nettement inférieurs à ces valeurs (par exemple 315 kg/m3 pour un béton à l'anneau de 12,5 mm); les bétons courants de génie civil seraient donc sUl'dosés et pourraient être compo­sés en admettant que le dosage en eau néces­saire dépend de la surface spécifique des consti­tuants solides. Pourtant, le simple fait qu'il existe un dosage optimal en sable (pour un dosage en ciment et en eau donné) montre que les bétons courants ne font probablement pas partie des bé­tons sur dosés en ciment. Il est vraisemblable que le dosage en ciment optimal déterminé expérimen­talement en laboratoire est le plus souvent for­tement sous-estimé du fait que les moyens de mise en place du béton d'éprouvette sont, compte tenu de l'échelle, beaucoup plus puissants que ceux utilisés sur les chantiers. Il n'est même pas exclu que dans certains cas les dosages COUl'am­ment utilisés soient inférieurs au dosage optimal ce qui expliquerait pourquoi il peut être parfoi; avantageux d'ajouter des fines dans la compo­sition d'un béton. Il est donc pl us général et fina­lement plus sûr de considérer que les bétons que nous étudions en pratique ont des dosages en ci­ment voisins de la valeur optimale. C'est le domaine de validité des méthodes graphiques mais, dans ce domaine, il n'existait pas jusqu'à présent en France une méthode expérimentale. C'est pourquoi il nous a paru nécessaire de présenter la méthode LPC de composition des bétons qui est utilisée depuis plus de 10 ans au LCPC et qui a été progressivement adoptée par les Laboratoires régionaux des Ponts et Chaussées.

DOMAINE DE VALIDITE DE LA METHODE PRESENTEE ET SIMPLIFICATIONS POSSIBLES A L'INTERIEUR DE CE DOMAINE

La méthode expérimentale que nous présentons ICI n'est également applicable qu'à l'intérieur d'un certain domaine, c'est-à-dire pour une famille de procédés de mise en place et pour une famille de mélanges comparés.

Le caractère distinctif des mélanges appartenant à cette famille est le dosage en ciment (ou en constituants inertes de même finesse). Ce dosage doit être compris à l'intérieur d'un intervalle qui peut être assez large (par exemple ± 50 kg/m3

autour de la valeur médiane), centré sur le dosage en ciment optimal à bien des égards : celui pour lequel un béton de consistance donnée, mis en

* Il n'est pas possible de faire une analyse théorique de la mét~ode Dreux pui~que son fondement est entièrement prag­matique. On peut cependant supposer que, puisqu'elle est entiè­rement déduite des observations faites sur les chantiers, sa validité est tributaire des conditions actuelles de la pratique.

41

œuvre dans des conditions définies, a une poro­sité minimale. Les dosages en ciment utilisés en pratique ne semblent pas éloignés de cet optimum (ce point devra être vérifié à l'occasion des études régionales) et, en tout cas, devraient s'en rappro­cher. Ils font donc partie du domaine de validité de la méthode ce qui confère à celle-ci toute son utilité pratique.

Les procédés de mise en place qui sont utilisés sur chantier ne doivent pas être trop différents des procédés utilisés en laboratoire pour la me­sure de la consistance (maniabilimètre LCL par exemple). Mais, et c'est une innovation de la mé­thode, ils n'ont pas besoin d'être identiques. En fait, plus les dosages en ciment sont voisins de l'optimum défini plus haut, plus la ressemblance entre les procédés de laboratoire et de chantier peut être vague. Cette tolérance dans la ressem­blance est heureuse car il est bien peu réaliste d'admettre, comme le font presque toutes les autres méthodes, que le laboratoire peut mettre en œuvre le béton dans les conditions mêmes du chantier. Mais cette tolérance a ses limites que seule l'expérience précisera (est-il possible, par exempTe, d'utiliser le maniabilimètre LCL pour tes bétons destinés à être pompés ?).

Pour ces procédés de mise en place et pour ces mélanges. c'est-à-dire à l'intérieur du domaine que nous venons de définir, il est possible d'ad­mettre les simplifications suivantes : - le classement de tous les bétons suivant la valeur de la: consistance est indépendant de l'ap­pareil qui sert à la mesurer (cela pour une gam­me assez large d'appareils, allant du Glanville au maniabilimètre LCL). La signification de la con­sistance dépasse donc le cadre du laboratoire et s'étend au chantier; pour marquer cet élargisse­ment, nous appelons alors la consistance : mania­bilité du mélange; - à dosage en eau égal, le béton le plus mania­ble est aussi le moins poreux après mise en place; - les proportions du squelette inerte pour les­quelles la maniabilité est maximale sont indépen­dantes du dosage en eau et du dosage en ciment (mais la variation de ce dernier est limitée par la nécessité de rester à l'intérieur du domaine de validité) ; - tout procédé de mise en place peut être carac­térisé par une seule valeur, celle de la mania­bilité critique.

Ce sont ces simplifications qui sont utilisées dans la méthode qui va suivre. Leur validité a été vérifiée par de très nombreux essais de labora­toire mais elle est limitée (comme il a été souli­gné) à un domaine de variation des paramètres intrinsèq ues et extrinsèques. Il ne serait pas réa­liste, et il n'est pas non plus nécessaire, de véri­fier pour chaque étude si l'on est à l'intérieur du domaine de validité. En revanche, il faut être attentif aux correctifs imposés par des constata­tions objectives et méthodiques au moment des épreuves de convenance. Elles peuvent signifier un dépassement du domaine de validité dont il faut tirer les conséquences : - soit en créant d'autres appareils de mesure de la consistance copiant plus fidèlement le chantier, encore qu'il faille éviter à tout prix la multipli­cation anarchiq ue de ces appareils;

42

- soit, et ce sera souvent la meilleure solution, en donnant au dosage en ciment (et en inertes de même finesse) la valeur optimale; en général en ajoutant du ciment ou des fines inertes régionale­ment disponibles.

Nous demandons, par conséquent, à tous les uti­lisateurs de cette méthode, de bien vouloir signa­ler à la section « béton » du LCPC tous les cas rencontrés de mauvaise adaptation de la méthode et les circonstances qui les accompagnent.

1. OBJET DE LA METHODE

- Déterminer les proportions relatives des consti­tuants telles qu'après mise en pIace le béton soit homogène et que sa porosité soit minimale-X·. - Définir les tolérances admissibles sur les dosa­ges des constituants et, surtout, sur le dosage de l'eau, de telle sorte que le béton soit suffisam­ment maniable et ne contienne pas trop d'eau, afin que ses résistances mécaniques soient au moins égales aux résistances contractuelles.

2. PRINCIPE DE LA METHODE

- Déterminer par approximations successives l'ensemble des proportions relatives des consti­tuants solides inertes pour lequel, à dosages en ciment et en eau fixés, le béton s'écouIe le plus rapidement dans le maniabilimètre LCL (détermi­nation du squelette optimal). - Déterminer le dosag.e en eau nécessaire pour que le béton à squelette optimal s'écoule en un temps donné dans le maniabilimètre LCL. - Etudier l'influence du dosage en eau sur les résistances mécaniq ues.

3. APPAREILLAGE ET TECHNIQUE D'ESSAIS

Le dispositif expérimental et le processus opéra­toire sont décrits dans le mode opératoire : « Me­sure du temps d'écoulement des bétons au mania­bilimètre LCL» (Dunod, Paris, 1973).

3.1 - Préparation des constituants du béton

Il faut approvisionner en une seule fois les quan­tités de ciment et de granulats nécessaires à l'étude. Le tableau l, col. 9 indiq uel'ordre de grandeur du volume total de béto'n à fabriquer suivant le type d'étude à effectuer (les quantités nécessaires aux fabrications d'éprouvettes ne sont pas comptées dans ces chiffres). Actuellement, il n'existe pas de processus opératoire s'appliquant commodément au prélèvement de quantités aussi importantes; il est donc nécessaire d'étudier le processus de prélèvement pour chaque cas parti­culier de chantier.

• L'objectif est d'obtenir, en place, le béton le plus compact et le plus homogène possible avec les constituants et les moyens de mise en œuvre disponibles. L'appréciation des uns et des autres dépasse le cadre de ce texte bien qu'on ne puisse éviter d'y faire référence. Cette appréciation est cependant essentielle car aucune méthode ne permet de faire un bon béton avec des constituants médiocres et des moyens de mise en œuvre insuf­fisants.

TABLEAU 1

Nombre minimal de gâchées à fabriquer pour détermin er les proportions optimales des constituants d'un béton hydraulique

Paramètres

1 2 3 4

CIl"' -aë """ !~ en " ;+

.00"-8 :l .,

.><~ ~ -"'~

-" -" E ~._ 1:: ~+~ <!':."'''' ~~~ ~~ 000 CIl C):~ C')::l~ "'~ Z u ",.5 ~C>

~+ 0", 0", N

.. 2(setg) 5 - - -3 (s, g, k) 5 5 15 -

4 (s, gl, g2, k) 5 5 15 5

Il est souhaitable que le laboratoire prélève lui­même les matériaux sur les lieux de production (ou de stockage dans les cas de béton prêt à l'emploi ou de chantier déjà approvisionné).

Les essais imposés par les textes réglementaires seront effectués sur le ciment et les granulats approvisionnés conformément aux modes opératoi­res LCPC ou aux normes en vigueur. Si les consti­tuants n'étaient pas encore stockés sur chantier lors de l'approvisionnement des échantillons d'étu­de, il faudra vérifier que les résultats des essais de réception sur chantier ne sont pas significati­vement différents de ceux effectués sur les échan­tillons d'étude, faute de quoi l'étude risquerait d'être sans valeur du fait de la différence entre les constituants employés pour l'étude et ceux employés sur chantier.

3.2 - Séchage et homogénéisation des granulats

La norme NF P 18-403 de février 1969 : « Déter­mination des caractéristiques mécaniques des bé­tons. Essais de recherche» spécifie que « les ma­tériaux sont normalement séchés jusqu'à la sur­face mate ».

On peut appliquer notamment deux modes de sé­chage :

- séchage à l'air en couches de 2 cm (granulat fin) à 10 cm (gros granulat),

- séchage à une température maximale de 50 oC, sans ventilation, par lampes infrarouges, par exemple.

On ne pourra utiliser les matériaux qu'après re­froidissement à 20 oC. A titre indicatif, au LCPC, par mètre carré de surface disponible et par 24 heures, on sèche environ de 20 à 25 kg de granulats fins à l'air et environ 50 kg sous des lampes infrarouges. Chaque granulat sec est ho­mogénéisé par brassage à la pelle et stocké en trémies ou en bacs, à l'abri de la poussière, dans une atmosphère aussi peu humide que pos­sible.

A raison d'une dizaine de gâchées par jour, la durée d'exécution d'une étude sur le béton frais

étudiés

5 6 7 6 9

., '" .,

c .g " ~.if ~ ~1: ""i; " " "ro .,'" -.c Q)::J~

~~ -c'" u> f~ 5~:: C" "'c "'~ .cC> c;-g=-u'" "-c E .. "' ~ ",,'" > ....

" .= ~-c

:s - 3 3 de 6 à 11 250 à 330

- 3 3 de 6 à 31 250 à 950

15 3 3 de 6 à 41 250 à 1250

est de une à six journées de travail. L'étude doit être menée en continu, on obtiendra une bien meilleure régularité en prélevant chaque matin les quantités de matériaux nécessaires au travail de la journée et en les homogénéisant.

3.3 - Gâchée d'apprêt

L'expérience a montré que, systématiquement, la mesure du temps d'écoulement effectuée sur la première gâchée de la matinée ou de l'après-midi donne un résultat aberrant. Pour éviter ce phé­nomène, il faut fabriquer une gâchée d'apprêt pour « mouiller » le malaxeur au début de la journée de travail et après la pause de la demi­journée. Cette gâchée peut être faite avec des constituants quelconques.

4. COMMENT CHOISIR LES P ARAMETRES A ETUDIER

La nature et le nombre de paramètres à étudier, fixés par le demandeur de l'étude avec l'avis du laboratoire, sont fonction, dans chaque cas d'es­pèce :

des spécifications du CP S,

de l'équipement du chantier,

du coût de l'ouvrage.

Le tableau l donne une estimation du nombre de gâchées à fabriquer en fonction du nombre de paramètres étudiés. Dans le cas des divers types de béton dont l'étude est confiée habituellement aux LPC, le nombre de gâchées à fabriquer est indiqué dans le tableau II.

D'après ces tableaux, on peut faire les remarques suivantes :

- une étude complète nécessite la fabrication d'un nombre de gâchées relativement important; le prix de revient d'une telle étude est donc élevé;

- dans le cas d'un petit ouvrage en béton armé ou précontraint, le prix de revient de l'étude constitue un pourcentage élevé du prix total du béton de l'ouvrage (d'où le très grand intérêt des form ules régionales).

43

TABLEAU Il

Nombre minimal de gâchées à fabriquer suivant le type de béton

c Q) coQ) .s Q)

'Q) "C.l9 ët: -c ~.~à ..a cu.!!! ~QJ !:~ ~~QJ CG~ Q) li ::J )( ::I~ .c-5~:"

"C Ela; '-co E(lU QJ ta.. "Cca 0'" <- ~ Ol.~ g Q) ZOl c.

c. Cc. >-t-

Béton armé lJéton courant 2 - 8

lJéton courant strictement contrôlé 2 - 8

Béton de qualité 2 ou 3 oui 11 à 31 Béton exceptionnel 2 ou 3 oui 11 à 31

Béton précontraint 2 ou 3 oui 11 à 31

Béton en grande masse (béton routier, de barrage) 3 ou 4 oui 31 il 41

• le nombre de granulats fixé ou accepté par le maître d'œuvre est una ckJnnée de l'étude.

Nota

1 - Les nombres de gâchées sont minimaux; si on répète plusieurs fois les mesures pour chaque paramètre étudié, il faut multiplier les nombres indiqués par le nombre de répétitions.

2 - Si on veut étudier l'influence de la variation de la granularité des constituants, il faut, au mi­nimum : a) reconstituer, par tamisage, les granulats, de telle sorte que leur courbe granulométrique soit située, soit sur le bord supérieur, soit sur le bord inférieur, soit sur la courbe moyenne du fuseau à étudier; b) répéter l'étude pour les trois cas : le nombre de gâchées est alors multiplié par 3.

3 - Les volumes totaux de béton à fabriquer (ta­bleau l, col. 9) sont calculés pour des gâchées de 30 1. Par conséquent, le volume de béton à fabriquer pour la confection des éprouvettes est à compter en sus de ces volumes.

5. DETERMINATION DU SQUELETTE+:' OPTIMAL DU BETON

La composition optimale en granulat est celle du béton qui s'écoule le plus rapidement dans le maniabilimètre LCL à dosages en eau et en ci­ment constants (fixés a priori).

5.1 - Données préliminaires

Dosage en ciment d'étude

Il doit être au moins égal au dosage minimal indiqué par le CPC ou le CPS. Par exemple, pour un béton d'ouvrage d'art :

c = 400 kg/ma de béton

* Le squelette du béton est constitué par l'ensemble des maté­riaux solides inertes entrant dans sa composition.

44

Le dosage volumique est (en supposant que la masse volumique du ciment soit égale à 3000 kg/ma) :

c = 400 3000

Dosage en eau d'étude

0,133

Il est indépendant de celui qui sera recommandé pour la mise en œuvre sur chantier. A titre indi­catif, on peut prendre e = 0,180 pour un béton dosé à 400 kg/ma et e 0,165 pour un béton dosé à 330 kg/ma.

Cependant, la règle est de choisir un dosage en eau tel que le temps d'écoulement des bétons malaxés avec cette quantité d'eau soit compris entre 15 et 40 secondes environ; s'il n'en est pas ainsi, il faut modifier le dosage en eau d'étude afin que le temps d'écoulement correspondant soit compris entre ces limites.

5.2 - Composition du premier béton d'étude

c et e étant fixés, on choisit par la méthode Fa'UlYx, les rapports des proportions relatives des granulats constitutifs :

- dans le cas d'un béton à deux granulats sig = Xl ;

- dans le cas d'un béton à trois granulats s

g + k = Xl, g/k = YI.

La valeur de Yl est généralement choisie en te­nant compte des contingences du chantier auquel l'étude s'applique. Ce choix est étudié au para­graphe suivant.

5.3 - Processus d'étude

Cas d'un béton composé à partir de deux granulats (fin et moyen ou fin et gros)

La granularité du béton étudié ne dépend que du paramètre : x = sig. Le temps d'écoulement du béton dans le maniabilimètre LCL est fonction de x.

La valeur numérique Xl du premier béton d'étude étant fixée, la figure 1 indique dans quel ordre on peut faire varier x pour déterminer la compo­sition optimale avec un nombre de mesures mini­mal. Cependant, la démarche indiquée par la plan­che de la figure 1 peut être faussée par la moin­dre dispersion. Il faut donc la considérer comme une indication et surtout avoir en mémoire la forme de la courbe indiquée sur la figure 2. Le plus souvent, d'ailleurs, avec un peu de pratique, on pourra ignorer la planche de la figure 1. L'ex­périence montre que la forme de la courbe repré-

* La méthode Faury, d'emploi commode, est proposée parce qu'elle esi bien connue dans tous les laboratoires; d'autres méthodes, telles que celles de Joisel ou de Dreux peuvent également 'être appliquées. Enfin, un praticien expérimenté peut fixer la valeur de départ de x à l'estimc.

Soit x, (rapport sable/granulats) et l, [i (x dl obtenu au maniabilimètre

__________ faire X2 = 0,8 x, ~

Si 12 ;. t, alors faire X3

/ Si t3 ;. t, alors faire

Si t3 < t, alors faire l4 = 1,2 x 3

Si t2 < t, alors faire X3

/ Si t3 < t2 alors faire l4 = 0,8 X3

= 0,8 X2

~ Si 13 ;. t2 alors faire

Fig. 1 - Processus d'étude d'un béton à deux constituants.

x, = 1,1 x, Xs = 0,9 x,

fin /\ /\ l4 = 1,1 X2

Xs = 0,9 X2

fin

Si 14 ;. t 3

alors faire Xs = 1,1 X3

X6 = 0,9 X3

fin

Si

t, < t3 alors faire Xs = 1,2 x, e! poursuivre

xn = 1,2 xn'I

jusqu'à ce que

ln > tn'I alors faire

xn+1 = 1,1 xn

x n +2 = 0,9 Xn

Si

14 < 13 alors faire Xs = 0,8 l4 el poursuivre

xn = 0,8 xn'I

jusqu'à ce que

tn > In_1

alors faire

xn+1 = 1,1 xn

Xn +2 = 0,9 Xn

sentée sur la figure 2 est très générale. Si la courbe présente des anomalies (par exemple, deux minima) il faut recommencer les essais après avoir ré homogénéisé les granulats et après avoir vérifié que le ciment ne contient pas de grumeaux, etc.

Cas d'un béton composé à partir de trois granulats (fin, moyen, gros)

La granularité du béton étudié, et donc son temps d'écoulement, dépend de deux paramètres :

x =

19 temps d'écoulement (s)

,,~f

g y = T

1,40P"'---+-----+------1-----,L....!-I

1,30

1 ,20 1------+---T~--+----_bL...L,----..;.-1 1

1,10 1 1 1 1 X4

0,6 0,7 0,8 s - = x 9

Fig. 2 - Détermination de la composition d'un béton à deux granulats (exemple 1 : cas d'un béton d'ouvrage d'art) Xoptimal : 0,74.

Composition correspondante en kg/m' Ciment: 400

Gravillons 5/20 : 1 020 Sable 0/5 : 770

Eau : 18C E/C : 0,46

Si t4 ;. t3 alors faire Xs = 1,1 X3

X6 = 0,9 X3

fin

Très souvent, la valeur du paramètre y est fixée a priori, pour des raisons diverses :

équilibre des stocks, coût des matériaux,

possibilité de dosage de la centrale,

recherc he de propriétés particulières du bé­ton: aptitude au sciage, moindre coefficient de dilatation,

Il est possible, du point de vue de la composition du béton, d'accepter une valeur a priori du rap­port gravillon/caillou car l'expérience montre que ce paramètre a généralement une influence secon­daire, dans certaines limites, sur la compacité du béton.

19 t (s)

1,50 I--____ ~:__-----+--....."L..--+----I

1,40 L-____ ....L _____ ...L. ____ --l __ ---l~

0,46 0,56 0,66 x

Fig. 3 Détermination de la composition d'un béton à trois granulats (exemple 2 : cas d'un béton routier). y imposé d'avilnce : 3/7 xop 1 i m,' : 0,52.

Composition correspondante en kg/m' Ciment : 330

Cailloux 20/40 : 875 Gravillons 5/20 : 375

Sable 0/5 : 650 Eau : 165 E/C : 0,50

45

Dans ce cas, l'étude se ramène à celle décrite au paragraphe précédent, le mélange de g et de k dans les proportions fixées a priori étant consi­déré comme un granulat unique (fig. 3).

Lorsqu'il n'y a pas de valeur imposée de y, on mène l'étude décrite au paragraphe précédent pour plusieurs valeurs de y. Par exemple: Yi = 0 ; Y2 = 2/8 ; Ya = 3/7 ; Y4 = 4/6 ; Y5 = 1. Pour exploiter les résultats de l'étude on peut représen­ter la variation du temps d'écoulement du béton en fonction de x et y sur un diagramme triangu­laire. La figure 4 donne un exemple d'une telle représentation. On peut également tracer la courbe représentative du temps d'écoulement du béton en fonction de x pour chaque valeur de y ; un exemple de ce mode de représentation est donné sur la figure 5.

10 20 30 40 50 60 80 90

Fig. 4 - Détermination de la composition optimale d'un béton à trois granulats (exemple d'un béton d'ouvrage d'art).

t (s)

40

, , , , , "" 30 "

,,\ ~ ~

20 0,50

/ /

/

'\ '" -:/ / -y'"

'"

x

Fig. 5 - Choix du rapport y d'après l'exemple de la figure 4.

6, DETERMINATION DU DOSAGE EN EAU NECESSAIRE AU BETON: REDUCTION POSSIBLE DE CE DOSAGE A L'AIDE D'UN PLASTIFIANT

6.1 - Détermination du dosage en eau nécessaire

Il suffit de déterminer la quantité d'eau de gâchage nécessaire pour que le temps d'écoule­ment du béton soit conforme au temps d'écoule-

46

ment défini dans le tableau III suivant la desti­nation du béton et le mode de mise en œuvre du chantier concerné par l'étude. Bien entendu, le temps d'écoulement à comparer au temps d'écou­lement de référence du tableau est celui que le béton aurait dans le màniabilimètre étalon (appa­reil nO 11 du LCPC). Il faut donc que l'appareil utilisé soit étalonné relativement à ce maniabili­mètre et les mesures effectuées seront corrigées à l'aide de la droite d'étalonnage.

TABLEAU III

Temps d'écoulement du béton suivant le type de béton et le mode de m;se en œuvre

Type de béton

Remplissage

Béton armé très ferraillé

Béton routier

Béton précontraint

Béton peu on non armé (barrage par exemple)

Mode de mise en œuvre

Par gravité Par pompe à béton

Vibration courante* pflr aiguilles

Machine à coffrages glissants

Forte vibration par aiguilles ou vibreurs de coffrages

Vibration puissante par aiguilles ((II = 100 mm par ex.)

Pièces préfabriquées Vibration sur table

Temps d'écoulement de référence

(s)**

2 8

10

15

20

30

~bffi~e 45

* On entend par vibration courante celle définie dans l'ar­ticle 11.3 de la • Directive provisoire pour l'exécution des ponts en béton précontraint » et notamment : diamètre de l'aiguille compatible avec les dimensions du ferraillage, et, au minimum, une aiguille pour mettre en place deux à trois mètres cubes de béton par heure.

** Cette échelle de temps d'écoulement a été établie à la suite de mesures effectuées avec le maniabilimètre na 11 (étalon). Pour qu'on puisse comparer des mesures faites avec un autre maniabilimètre aux valeurs de cette échelle, il faut transformer ces résultats de mesures à l'aide de la droite d'étalonnage de l'appareil par rapport au mani3bilimètre étalon.

Pratiquement, on fabrique quelques gâchées (qua­tre ou cinq) qui ne diffèrent que par le dosage en eau et on mesure leur temps d'écoulement. On trace la droite représentative de la relation entre le logarithme du temps d'écoulement (corrigé) et le dosage en eau (fig. 6, droite 1).

Les valeurs de temps d'écoulement données dans le tableau III sont indicatives. La réalisation de l'épreuve de convenance doit permettre de préci­ser la valeur de temps d'écoulement effectivement applicable.

6.2 - Utilisation d'un adjuvant plastifiant

L'étude consiste à déterminer la réduction du dosage en eau rendue possible par l'addition du produit, à temps d'écoulement constant dans le maniabilimètre LCL.

Il suffit pour cela de comparer la droite repré­sentative de la variation du temps d'écoulement du béton contenant du plastifiant en fonction du

19 t (s)

1,00 ~ "'- Co v/"6

~ ~ ~ v"6" ,;> s ':;0'."

'lvv

"'"

~ ~ "0 ". 0"

"" "'t

0,75

0,50

~ 0,25 1

170 175 180 185 190 Dosage en eau 0)

Fig. 6 - Variation du temps d'écoulement du béton en fonction du dosage en eau. Exemple 1 (suite de la figure 2).

dosage en eau (fig. 6, droite 2) avec celle du béton sans plastifiant (fig. 6, droite 1).

La dose de produit à ajouter au béton est celle indiquée dans sa fiche d'agrément. Bien que cette fiche, établie par la Commission permanente des liants et adjuvants (COPLA), indique les effets de doses égales à 0,5, une et deux fois la dose normale, il est nécessaire de vérifier ces effets dans le cas particulier du béton étudié.

G.3 - Etude de l'évolution de la maniabilité en fonction du temps d'attente entre malaxage et mise en place

Lorsque le béton est fabriqué en centrale de chan­tier, la durée de transport est généralement courte. En revanche, en cas de fourniture du chantier par une usine de béton prêt à l'emploi, cette durée peut atteindre jusqu'à deux heures.

L'étude consiste à mesurer le temps d'écoulement au maniabilimètre LCL d'une gâchée de béton après des durées d'attente déterminées, décomp­tées à partir de la fin du malaxag,e. La durée d'attente la plus longue doit être supérieure à la durée de transport du béton prévue pour le chan­tier considéré. On trace ensuite, à partir des va­leurs expérimentales obtenues, la courbe repré­sentative de la relation entre le logarithme du temps d'écoulement au maniabilimètre LCL et la durée d'attente entre fin de malaxage et mise en place, Pour les durées d'attente de l'ordre d'une heure, cette courbe est une droite. Un exemple d'une telle droite est présenté sur la figure 7, dans le cas d'un béton avec et sans adjuvant.

7. EXPRESSION DES RESULTATS A L'ETUDE DE COMPOSITION

Il faut donner :

-- les dosages des constituants correspondant à la composition optimale en kilogramme par mètre cube de béton,

Ig t (s)

2,0r----------.-----------.-----------.----~

1,5 1-------__t_-----+---==",....:::--::;;:'1"""""=--t---/

1 ,0 ~.===-----__t_----

25 50 75 Temps d'attente (mn)

Fig. 7 - Variation du logarithme du temps d'écoulement du béton en fonction du temps d'attente entre malaxage et mise

en place. Exemple 1 (suite des figures 2 et 6).

-- les tolérances'x, admissibles sur les dosages en granulats et en eau, -- l'intervalle des temps d'écoulement dans le maniabilimètre LCL admissibles pour que le bé­ton puisse être correctement mis en place.

7.1 - Examen des résultats expérimentaux Choix de x, g et e

La courbe représentative de la relation entre le temps d'écoulement du béton dans le maniabili­mètre LCL et le rapport x présente généralement, dans la zone de son minimum, une partie aplatie; dans cette partie, le temps d'écoulement varie très peu en fonction de x. Par exemple, sur la figure 2, entre x = 0,70 et x = 0,78, la variation du temps d'écoulement est d'une seconde, du même ordre que la dispersion due à l'appareillage.

On choisit, comme valeur optimale de x, la valeur qui correspond au milieu de ce secteur aplati de la courbe; dans l'exemple de la figure 2 on choi­sit, comme valeur optimale :

Xopl = 0,74

0,70 et 0,78 étant les bornes de la tolérance admissible pour x.

Le dosage en eau minimal nécessaire emln pour que le béton s'écoule en un temps donné tr (temps de référence du tableau III) peut être considéré comme la borne inférieure de la tolé­rance sur le dosage en eau; on choisira, comme borne supérieure, la valeur de dosage en eau e m ax au-delà de laquelle la condition de résis­tance à la compression du béton ne serait plus

* Les tolérances admissibles dont il est question ici sont celles qui définissent la plage de variation des dosages des constituants dans laquelle les bétons satisfont aux spécifications de résistance mécanique. Elles sont indicatives et n'ont pas de valeur contrac­tuelle. Si elles sont plus larges que celles définies par le règlement (ce qui est ~ouhaitable) l'application de ceux-ci n'entraîne aucun risque; en revanche, si elles sont plus étroites, un béton confor­me aux spécifications peut donner lieu à mécomptes. Tl faudra alors revoir le choix des constituants du béton.

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satisfaite. La détermination de e m .. nécessite une expérimentation complémentaire qui sera décrite plus loin.

Par exemple, dans le cas d'un béton à deux gra­nulats destiné à un ouvrage d'art, le temps d'écoulement de référence étant de 10 secondes, on trouve (fig. 5) :

emin = 0,180 (béton sans adjuvant plastifiant) emin = 0,170 (béton avec adjuvant plastifiant)

Bien entendu, si la durée de transport prévue du béton sur chantier atteint ou excède 20 minutes (cas du béton prêt à l'emploi), emin devra être tel qu'après la durée prévue, le temps d'écoulement du béton ne soit pas supéri,eur au temps de réfé­rence prévu. Dans le cas de l'exemple traité, pour une durée d'attente de 35 minutes, à partir des graphiques des figures 6 et 7, on trouve :

emln 0,188 (béton sans plastifiant), emin = 0,175 (béton avec plastifiant).

7.2 - Calcul de la composition optimale et des tolérances admissibles sur les granulats

Dans l'exemple des figures 2 et 5, les données de l'étude sont :

dosage en ciment : c = 400 kg/m3 ,

- temps d'écoulement de référence : 10 secondes.

Les résultats de l'étude sont :

Bornes des valeurs admissibles de x : 0,70-0,78 Valeur optimale de x = 0,74

emin = 0,180 sans adjuvant et 0,170 avec adjuvant.

La masse volumique des constituants étant :

ciment Pc = 3,0 g/cm3

- granulat fin P. = 2,65 g/cms - granulat gros pg = 2,60 g/cm3

On a par définition :

c + s + g + e = 1 (1)

Cela signifie que c, s, g et e sont des non pas des teneurs; autrement dit, nir c, s, g et e, on ne se réfère pas du béton en place :

dosages et pour défi­au volume

C c =

Po 400 _ 0133

3000 - ,

L'équation (1) peut s'écrire, en tenant compte que s = 0,74 g.

0,133 + 0,74 g + g + 0,180 = 1 (béton sans plas­tifiant)

d'où g = 0,392

0,133 + 0,74 g + g + 0,170 = 1 (béton avec plas­tifiant)

d'où g = 0,400

La composition optimale du béton est

c = 0,133 s = 0,290 g = 0,392 eml. = 0,180

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Sans plastifiant

C = 400 kg/m3

S = 770 kg/m3

G = 1020 kg/m3

Emin = 180 kg/m3

A vec plastifiant

c = 0,133 s = 0,297 g = 0,400 emin = 0,170

C = 400 kg/m3

S = 785 kg/m3

G = 1045 kg/ms Emin = 170 kg/m3

plastifiant : n % de C

Les tolérances sur les granulats, calculées en remplaçant la valeur 0,74 successivement par 0,70 et 0,78 dans l'équation (1) sont:

s = ± 0,010 g = ± 0,010

S = ± 25 kg G = ± 25 kg

7.3 - Correction pour tenir compte de l'effet de coffrage

Lorsque le béton étudié est destiné à être mis en place dans des conditions très diffidles (coffra­ges de forme intérieure compIiquée, pourcentage élevé d'armatures, tuyaux de pompe à béton), il est nécessaire de corriger la composition déter­minée aux paragraphes 7.1 et 7.2 de la manière suivante+:' : - on calcule le rayon moyen minimal R du cof­frage dans sa partie la plus ferraillée ou le rayon du tuyau de la pompe à béton; c'est le rapport du volume qui sera occupé par le béton à la surface totale de coffrage et d'armature en contact avec le béton; - on calcule la valeur du rapport D/R, D étant le diamètre des plus gros grains de granulat du béton.

Si la valeur trouvée pour D/R excède 1,1, dans toute la mesure du possible il faut remplacer le granu,lat prévu par un granulat de dimension D pl us faible**.

Pour les valeurs de D/R inférieures à 1,1, on majorera le poids de sable de la quantité indiquée au tableau IV.

TABLEAU IV

Poids de sable à ajouter en fonction de D/R

Valeur de D/R Poids de sable à ajouter

(kg/m 3)

1,1 185 1 130 0,8 70 0,7 55 0,6 40 0,5 25

Il faudra corriger en conséquence le poids des autres granulats. Le plus souvent, on pourra, sans grosse erreur, substituer, poids pour poids, le sable aux autres granulats. Toutefois, si les masses volumiques sont très différentes (cas des granu1ats légers par exemple), il faudra substi-

* Les calculs de correction ont été faits à partir des formules données par Faury. ** Par exemple, cette valeur 1,1 de D/R conduirait à admettre, pour le bétonnage d'un voile mince de 5 cm d'épaisseur, un granulat pour lequel D = 28 mm ce qui est évidemment inad­missible.

tuer un volume absolu de sable à un volume absolu égal des autres granulats (les proportions relatives entre ceux-ci restant inchangées).

Exemple:

Composition sans adjuvant trouvée au paragra­phe 7.2 :

Sans correction (D/R < 0,5)

C =400 kg/ms S = 770 kg/ms G = 1 020 kg/ms E = 180 kg/ms

D/R = 1

C = 400 kg/ms S = 900 kg/ms G= 890 kg/ms E = 180 kg/m3

7.4 - Vérification du rendement en volume

11 est nécessaire de vérifier expérimentalement que le volume occupé par une gâchée de béton après compactage est bien conforme à cel ui prévu par le calcul.

Pour cela

- on confectionne une gâchée de 50 1 de béton; - on met en place cette gâchée dans le moule du maniabilimètre, utilisé uniquement dans ce cas comme mesure de capacité; préalab.lement on aura déterminé le volume de ce moule, soit à par­tir de ses cotes déterminées à 0,2 mm près, soit par étalonnage à l'eau; pour compacter le béton, on le vibre jusqu'à remontée de la laitance et fermeture de la surface, on taloche ensuite le béton de manière à obtenir une surfac.e aUissi plane que possible; - on mesure, au demi-millimètre près, la dis­tance séparant la surface .libre du béton du bord supérieur des parois du maniabilimètre, en six emplacements : au milieu de chaque paroi d'ex­trémité et aux 1/3 et 2/3 de chaque paroi laté­raIe; - à partir de la moyenne de ces six mesures, connaissant les longueur et largeur et volume in­térieur du moule, on calcule le volume occupé par le béton.

Le chiffre trouvé est entaché de deux erreurs : - erreur sur la pesée des constituants de la gâchée; la valeur de cette erreur est variable sui­vant le processus de pesage adopté; si l'on s'en tient à la norme NF P 18-403 (essais de recher­che) et que chaque constituant es pesé séparé­ment à 0,2 % près, dans le cas du béton cité plus haut (4 constituants), l'erreur est de 0,8 %-x- ; - erreur sur la détermination du volume occupé par le béton dans le moule : avec le processus de mesure décrit plus haut, cette erreur est d'en­viron 0,34 % (0,16 % pour l'étalonnage du moule et 0,18 % pour la mesure du volume occupé par le béton).

La précision de la détermination est donc de ± 12 lIm3 .

• 1\ est possible de dimmuer cetlè erreur en pesant le ciment er l'eau sur une balance plus précise que celle utilisée pour le pesage des granulats.

En principe, le volume occupé par la gâchée ne peut être qu'égal ou supérieur au volume théo­rique calculé. S'il est supérieur de plus de 1,2 % il en résulte un sous-dosage en ciment et il est nécessaire de faire une correction.

Soit v le volume excédentaire rapporté au volume théorique. Le dosage en ciment c demeure inchan­gé. Les dosages en sable, gravillon et eau, s, g et e sont multipliés par le terme correctif

(1 - c)

(1 + v - c)

7.5 - Détermination de ema•

Pour déterminer le dosage maximal admissible e max, on fabriqu.e des éprouvettes à partir de trois gâchées de béton ne différant que par le dosage en eau (au moins trois éprouvettes par gâchée), celui-ci étant emin pour la première gâchée, e min + 10 1 et emin + 20 1 respective­ment pour les deuxième et troisième gâchées. Avant de fabriquer les éprouvettes, on a mesuré le temps d'écoulement du béton de chaque gâchée.

Les éprouvettes, de forme et dimensions fixées par le CPS pour le type de béton étudié (cylin­dre de 16 X 32 cm pour le béton d'ouvrage d'art, prisme de 14 x 14 X 56 cm pour le béton routier), sont fabriquées conformément aux nor­mes en vigueur.

~

c c CI> CI>

E t ~ ~ Variation de la maniabilité .!!! 2.'E en fonction du dosage en eau :J 0 () 1,50 :W-v; -o-

lS. 1,25 E '" 1-

-10 1,00

5

3 0,50

0,25

200

(bar)

500

400

Résistance minimale exigée

300

(t/m 3)

Dosage maximal admissible

200~--1~7-0----~1~80-------1~9-0----~2~0~0--(~t/~m~3~)~

Variation de la résistance en fonction du dosage en eau

Fig_ 8 - Détermination de emin et de e max à partir de la relation entre la maniabilité et le dosage en eau et la résistance et le dosage en eau.

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Les éprouvettes sont ensuite démoulées, conser­vées selon le processus normalisé et soumises à 28 jours au type d'essai, compression ou flexion, retenu comme critère de la résistance par le CPS.

Suiva"nt le type de béton et le CPS, on calcule, à partir des résultats d'essais, pour chaque gâ­chée :

- la résistance nominale ou la résistance carac­téristique à la compression (cas des bétons d'ou­vrage d'art),

- la résistance conventionnelle à la flexion (cas des bétons routiers).

On trace la courbe représentative de la relation entre la caractéristique calculée de résistance et le dosage en eau et on détermine graphiquement le dosage en eau maximal admissible en se réfé­rant à la résistance imposée.

Sur la figure 8, on voit que, pour le cas du béton d'ouvrage d'art. déjà cité comme exemple (exem pIe 1), si le dosage en eau est supérieur à 200 l/ma, la résistance imposée, 350 bars à 28 jours, n'est pl us atteinte.

Par conséquen~ dans ce cas : Emu = 200 kg/ma (béton sans adjuvant)

A ce dosage en eau correspond un temps d'écou­lement de 3 secondes dans le maniabi.Iimètre LCL. L'intervalle des temps d'écoulement admissibles est donc 10 secondes -- 3 secondes. Dans l'exem­ple cité, la formule de béton qui sera proposée au client pour l'épreuve de convenance est la suivante :

Béton sans adjuvant

Ciment 400 kg/m3

Granulat fin 770 kg/m3 ± 25 kg

Granulat gros 1020 kg/m3 ± 25 kg

Eau 190 kg/m3 ± 10 kg

Béton avec adjuvant

400 kg/mB

785 kg/mB ± 25 kg

1045 kg/m3 ± 25 kg

180 kg/mB ± 7 kg

Le temps d'écoulement du béton doit être compris entre 10 et 3 secondes. Rappelons (cf. § 7) que les tolérances indiquent simplement la plage dans laquelle la variation des poids des constituants n'entraîne pas de variation importante de la ma­niabilité ou de la résistance mécanique.

CONCLUSION

La méthode LPC de composition des bétons est expérimentale. Elle conduit en général à fabriquer plusieurs centaines de litres de béton et coûte donc évidemment beaucoup plus cher qu'une mé­thode graphique. Mais elle n'est pas destinée à remplacer une méthode graphique. S'il s'agit sim­plement d'estimer les proportions convenables fi. conseiller au constructeur d'un ouvrage isolé trop petit pour justifier actuellement un contrôle en continu, les méthodes graphiques utilisées par des

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praticiens consommés fourniront une solution ac­ceptable dans des conditions avantageuses. En re­vanche, dans le cas des études régionales de com­position ou lorsque le laboratoire doit contrôler un chantier et assurer le suivi en continu de la fabri­cation, il faut avoir les moyens de connaître le béton et les conséquences des fluctuations de dosage des constituants; dans ce cas, la mé­thode expérimentale devient en fin de compte économique.

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BIBLIOGRAPHIE

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Cf. chapitre 2.

Cf. chapitre 3.

Cf. chapitre 4.

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31 Mc Intosh J.O., Concrete mix design, cement and concrete association, p. 32.

Autres références

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abstract

CON CRETE MIX JESIGN

FROM THE LABORATORY TO THE CONSTRUCTION SITE

It is desirable to be able to predict the behaviour of concrete during laying, under any special on-site conditions, on the basis of properly codified labora­tory tests. Prediction of a general nature should be based on a knowledge of the scientific laws governing flow, and at the present time seems unattainable. But limited prediction, valid for certain compositions of concrete and certain laying procedures, is qui te possible and valuacle. The broad lines of this research are presented in Chapter l, and the dif=~rent stages are dealt with in the following chapters.

A field of prediction exists for fresh concrete V!hen the hatching of fine elements is close to the optimum. This preèictability corresponds to the existence of an approximately intrinsic property of the fresh concrete, sufficient to characterize its aptitude for laying : workability. The frontiers of the field of possible pre­diction, that is ta say the field in which workability corresponJs to a useful ap­prcx.iro.ation, may he st.udied experimentally (Chapter II).

This definition of workability i3 of course utilitarian, but it is also scientific in respect of its aim : prediction. It constitutes a reasonable temporary position while the scientific laws of flow are unattainable. A shearing threshold or a plas­tic viscosity may be less intrin3ic ~han this workability if, as is to be feared, the fundamental hypotheses of rh~ology (continuity, the concept of small unit vo­lume) are not satisfied. Further!TIore, in present. attempts, the relative V!eighting of the influence of each of these rbeological characteristics is often implicit and always arbitrary (Chapter III).

Within the field of prediction, 'Ne may characterize any laying procedure by a sin­gle value : that of critical wor~ability. This gives a use fuI rule of similitude for the preparation of samples. \\'hen this rule is applied, the strongest concrete in sample form is also (in principle~ the strongest in the structure itself. There is no longer any contradiction between the quest for tbe highest strength and the Imperatives of laying, and this llelps to reconcile the points of view of the con­tractor and the mas ter builder. (Chapter IV).

The best concrete is the one which in most workable, for a constant water content. This condition makes it possible to determine the relative proportions of solid constituents experimentally. Its wor):ahility must be just abcve the critical wor­kability characterictic of the on-site laying conditions. This condition makes it possible to determine the water contl!nt experimentally. The LPC method of composi­tion is experimental, and can inclicate the incidence of any accidentaI variation of a parameter on the strength o~ the concrete V!hen it is set in place. It is ob­viously valid only within the field of prediction (Chapter V) .

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zusammenfassung. _______________________ _

DIE ZUSAMMENSETZUNG DES FRISCHBETONS

VOM LABORATORIUM BIS ZUR BAUSTELLE

Das Verhalten eines Betons wahrend des Einbaus unter gleichwelchen Baustellenge­gebenheiten soll ab sachgemass kodifizierten Laborversuchen vorhergesehen werden. Eine allgemeingültige Prognose müsste sich auf die Kenntpis der wissenschaftlichen Gesetze bezüglich des Fliessens stützen ; das ist Z.Z. unreoglich. Dagegen ist eine begrenzte, für gewisse Betonzusammensetzungen und für gewisse Einbauverfahren gültige Voraussage durchaus maglich und nützlich. Die Abwicklung dieser Untersu­chung wird in grossen Zügen im Kapitel l vorgestellt ; die darauffolgenden Etappen werden in der weiteren Kapiteln [.E.ha'1.delt.

Das Vorhandensein eines Voraussagebcreiches ist eine Besonderheit des Frischbetons, wenn der Anteil an Feinelementen fast optimal ist. Es entspricht der Existenz einer dem Frischbeton ungefâhr innewohnenden Eigenschaft, die austeichend ist, um seine Einbaufahigkeit treffend zu bczeichnen : die Verarbeitbarkeit. Die Grenzen des maglichen Voraussagebereiches, d.h. des Bereiches, für den die Verarbeitbarkeit einer nützlichen naherung entsprictt, kannen experimentell bestimmt werden ~apitelln

')iC,8 :Jefinition der Verarheitbëlrkeit ist natUrlich utilitar, anstrebend ist sie aber auch wissenschaftlich : die Prognose. Solange die wissentschaftlichen Gesetze bezüglich des Fliessens uns unbekannt sind, bildet sie eine vernUnftige und ange­messene Wartestellung. Eine Scherschwelle, eine plastische Viskositât kannen weni­ger wesentlich sein als diese Verarbeitbarkeit, wenn, wie es zu beflirchten ist, die fundamentalen l\nna!'r.'en cler Pr,~ol·:;·giE' (Kontinuitat, Vorstellung von kleinen Elementarvolumen) nicht mehr erfUllt sind. Bei den z.Z. unternommenen Versuchen ist die relative Bewertung des Einflusses der jeweiligen rhp.ologischen Eigenschaf­ten oft implizit und immer 'Nillklirli·:h (Kapitel III).

Innerhald des Voraussagebereiches ka'1n jedes Finbauverfahren durch einen einzigen Wert gekennzeichnet werden : die kritische Verarbeitbarkeit. Man erhâlt so eine Ahnlichkeitsregel, die bei der Herstellung von Prüfmustern sehr nlitzlich sein kann. Kommt diese Regel zur Anwendung, so ist der 'Niderstandsfâhigste Beton in PrUfstab­form auch (ir.' Prinzip) der widerstanrlsfâhigste im Bam!erk. Es besteht kein Wider­spruch mehr zwischen dem Anstrenen d cr besten vliderstânde und den Finbaubelangen ; das trâgt zur Versohnung der Standpu'.'lkte des l1nternehmers und des Baumeisters bei (Kapitel IV).

Der beste Beton ist derjenige, der bei konstantp.r Passerzugabe auch der verarbeit­samste ist. Diese Bedingung erlaubt experimentell den relativen Anteil an festen Bestandteilen 7U bestirnmen. Seine Verarbeitbarkeit muss gerade liner der kritischen Verarbeitbarkeit - Charakteristik der Eaustellen-Finbaubedinqen - zu liegen kom-men : diese Bedingung erlaubt experi.:nentell den \'!asseranteil zu bestimmen. Die LPC-Aufbaumethode ist experimenteller art; sie ist geeignet, den Finfluss von zufâlligen Parameterschv.7ankungen auf den IHderstand des eingebauten Betons abzu­schâtzen. Sie ist natürlich nur 1nne~halb des Voraussagebereiches gültig (Kapitel V) .

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resumen

LA COHPOSITION DEL HOIDlIGON DE CEHENTO

DESDE EL LABORATORIO HASTA LAS OBRAS

Se desea prever el comportamientc deI hormigon cuando se le aplica en cualquier condicion especial de obra, en basE a ensayos de laboratorio perfectamente codi-f icados. Una prevision de alcance genp.r;ll se deherla fundar en el conocimiento de las leyes cient{ficas que rigen el fl1ljO ;. en la actualidad, parece que est~ fuera de alcance. En cambio, es completalrente posible y util una prevision limitada, que vale para ciertas composiciones d~ h~rmigon y algunos métodos de aplication. En el Cap{tulo 1 se presenta el enfoque generé'.l deI estudio, exponiéndose en las cap{tulos siguientes, las distintas etapas.

La existencia de un âmbit.o de pre.vision es una propiedad deI hormigon fresco cuan­do se acerca al optimo la dosificaci6n de elementos finos. Corresponde a la exis­tencia de una propiedad aproximaC:a1r·.ente intr lnseca deI hormigôn fresco, bas tante para caracterizar su aptitud para aplicarla : la manejabilidad. Se pueden estudiar experimentalmente (capitulo II) la:; fronteras deI ambito de posible previsiôn, esto es deI ~mbito en el C!ue la manejabilidad corresponde a una aproximacion util.

Nat.uralmente, esta def inici6n de la :nanejabilidad es utili tar ia, pero taF.,bién es c:.E:·nt{fica pcr su aspiraciôn : la prevision. Constituye una posicion razonable de Espera hasta que se dominen las leyes cientlficas '.'leI flujo. Un umbral de esfuerzo cortante y una viscosidad plastica F~eden ser menos intr {nsecos que esa manejabi­lidad si, como es de temer, se de jan de cumplir las hipôtesis fundamentales de la reologla (continuidad, concepto je pequeno volumen elemental). Por otro lado, en las actuales tentativas, a menudo estâ implîcita y es siempre arbitraria la ponde­racion relativa de la influencia de :::ada una de las caracterlsti.cél.S reologicas (capît1Ilo III).

Dendro deI campo previsional, se puede caracterizar cualquier procedimiento de aplicacion por un solo valor : el C:e la manejabili'.'lad crltica. Con esto se obtiene una regla de similitud ûtil para fabricar las probetas. Cuando se aplica esta re­gla, el hormigon mas resistente en 13. prohpt;; tarr.biff! es (en principio) el que mâs resiste en la obra. Deja de haber contradiccion entre la bûsqueda de las mejores resistencias y los imperativos de aplicacicn, con 10 aue se contribuye a conciliar los puntos de vista deI empresario y deI contratista (cap{tulo IV) .

El mejor hormigon es el que, a dosificacion constante de agua, es el mas manejable con esta condicion se pueden determinar experimentalmente las proporciones relati­vas de los constituyentes solidos. Su manejabilidad de!::·e ser juste superior a la manejabilidad cr{tica, caracteristic3. de las condiciones de aplicacién de la obra esta condicion permite determinar experimentalmente la dosificacion de agua. El método de composiciôn LPC es exper imental, pudiendo indjcar la incidencia de las variaciones accidentales de un parametro sobre la resistencia deI hormigon utili­zado. Evidentemente, tan solo vale dentro deI campo previsional (cap{tulo V) .

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pe310Me

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RAPPORTS DE RECHERCHE

DES LABORATOIRES DES PONTS ET CHAUSSÉES

publiés par le LCPC

Recherche sur l'évolution des propriétés des matériaux alluvionnaires dans un bassin et mise en évidence de quelques caractéristiques générales, L. Primel (1969) -AR 04: Reconnaissance des tracés et sites.

2 Application de la spectrométrie infrarouge à l'étude des argiles et ciments hydratés, A. Baron (1969( - AR 63: Méthodes chimiques et physico-physiques.

3 Compacité et maniabilité des bétons hydrauliques, J. Baron et R. Lesage (1969) - AR 31 : Bétons et liants hydrauliques.

4 La résistance à la traction des roches, C. Tourenq et A. Denis (1970), (épuisé) - AR 09: Mécanique des roches et ouvrages souterrains.

5 Mesure des teneurs en eau des sols par les méthodes électriques - Etude d'une méthode capacitive, Tran Ngoc Lan, P. Chaigne et A. Philippe (1970),(épuisé)- AR 03: Terrassements.

6 La gélivité des roches - Application aux granulats C. Tourenq (1970) - AR 35: Granulats.

7 Corrélation entre frottement longitudinal roue bloquée et frottement transversal à dérive élevée, B. Torchet et B. Lajoinie (1970) - AR 02: Confort et sécurité de la circulation (en relation avec la glissance et l'uni des chaussées).

8 La méthode des éléments finis et ses applications aux problèmes de génie civil, P. Guellec (1970), (épu iSé) -AR 09: Mécanique des roches et ouvrages souterrams.

9 Interprétation des vibrations de surface sur les structures routières, R. Guillemin (1970) - AR 01: Dimension­nement des chaussées.

10 Remblais sur sols compressibles· Synthèses des recherches effectuées dans les Laboratoires des Ponts et Chaussées, F. Bourges (1970),(épuisé)- AR 06: Ouvrages en terre.

11 Calcul des écoulements en milieu poreux par la méthode des éléments finis, P. Guellec (1970), épuisé - AR 09: Mécanique des roches et ouvrages souterrains.

12 Chaussées en béton - Constatations 1966-1967·1968, Groupe de travail LCPC-LR (1970) - AR 31 : Bétons et liants hydrauliques.

13 Consolidation d'un sol sous charge variable - Théorie· Vérification en laboratoire, M. Peignaud (1971) - AR 05 : Fondations des ouvrages.

14 Etude de la pression interstitielle, H. Josseaume (1971), (épuisé)- AR 06: Ouvrages en terre.

15 Fissuration du béton par hydratation localement différée du ciment, J. Baron (1971) - AR 31: Bétons et liants hydrauliques.

16 Identification et dosage des différents sucres présents dans les plastifiants réducteurs d'eau, C. Laval et F. Durrieu (1971) - AR 31 : Bétons et liants hydrauliques.

17 Etude de la terre armée à l'appareil triaxial, Nguyen Thanh Long, Y. Guégan et G. Legeay (1972) - AR 06 : Ouvrages en terre.

18 Contribution à l'étude de la dilatation thermique des bétons, Mahmoudzadeh-Razimi (1972) - AR 31 : Bétons et liants hydrauliques.

19 Elaboration de liants goudrons époxydes pour enrobés à hautes performances mécaniques, G. Brun (1972) -AR 33: Liants hydrocarbonés et enrobés.

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20 Machines foreuses pour tunnels et galeries - Techniques et bases théoriques de ,l'abattage mécanique des roches, D. Fourmaintraux (1972) - AR 09: Mécanique des roches et ouvrages souterrains.

21 Influence des gradients de pression interstitielle sur les résultats de l'essai triaxial, H. Josseaume (1972) -AR 06: Ouvrages en terre.

22 Mesure des pressions derrière et sous .un mur de soutè­nement, J.-P. Levillain (1973) - AR 06: Ouvrages en terre.

23 Etude sur la perméabilité des sols fins mesurée en laboratoire, S. Amar et H. Dupuy (1973) - AR 05 : Fondations des ouvrages.

24 Compactage des terrassements-- Efficacité en profondeur de trois rouleaux vibrants, P. Chaigne, E. Leflaive, J. Oczkowski, R, Franceschina, G. Morel et A. Ouibel (1973) - AR 03: Terrassements.

25 Remblais sur sols mous équipés de banquettes latérales -Elaboration des abaques de calcul de stabilité, G. Pilot et M. Moreau (1973) - AR 06: Ouvrages en terre.

26 Etude des voûtes en terre armée, C. Behnia (19721, (épuisé) - AR 06: Ouvrages en terre.

27 Contribution à l'étude de la cohésion dans une pâte de laitier granulé, Ph. Petit (1973) - AR 63: Méthodes chimiques et physico·chimiques.

28 La stabilité des ouvrages souterrains - Soutènement et revêtement, M. Panet (1973) - AR 09: Mécanique des roches et ouvrages souterrains.

29 Calcul des contraintes dans un massif d'épaisseur limitée soumis à une charge trapézoïdale, B. Mandagaran (1973)­AR 06: Ouvrages en terre.

30 Etude des murs en terre armée sur modèles réduits bidimensionnels, Nguyen Thanh Long, F, Schlosser, Y. Guégan et G. Legeay (1973) - AR 06: Ouvrages en terre.

31 Etudes sur l'uni des revêtements routiers et le confort du véhicule automolJile, M. Abrache (1974) - AR 02 : Confort et sécurité de la circulation (en relation avec la glissance et l'uni des chaussées).

32 Dispositif d'enregistrement adaptable à l'essai de clas­sement des sols selon leur degré de gélivité, J.-C. Laporte (1974) - AR 01 : Dimensionnement des chaussées.

33 Compactage des terrassements - Compactage en grande épaisseur au moyen de rouleaux à cylindres vibrants lourds et d'un compacteur à pneus lourd, P. Chaigne, R. Franceschina, G. Morel, J. Oczkowski et A. Ouibel (1974) - AR 03: Terrassements.

34 Auscultation dynamique des superstructures par les mé­thodes classiques, G. Cannard, J. Carracilli, J. Prost et Y. Vénec (1974) - AR 62 : Auscultation des ouvrages d'art.

35 Etude du mécanisme de modification des propriétés des bétons, mortiers et coulis hydrauliques par addition de résines thermodurcissables, A.-M. Pail 1ère (1974) -AR 31: Bétons et liants hydrauliques.

36 Calcul de la stabilité des pentes en rupture non circulaire, P. Raulin, G. Rouquès et A. Toubol (1974) - AR 06 : Ouvrages en terre.

37 Etude expérimentale de la mise en place du béton frais, R. Lesage (1974) - AR 31 Bétons et liants hvdrauliques.

38 Mécanisme de la prise du laitier granulé sous activation alcaline, R. Dron (1974) - AR 63: Méthodes chimiques et physico·chimiques.

39 Contribution à l'étude de l'hydratation dei silicates calciques hydrauliques, R. Sierra (1974) - AR 63 : Méthodes chimiques et physico·chimiques.

40 Etude expérimentale de la compatibilité de résines épo­xydes avec le bitume - Application à la prévision de systèmes compatibles, C. Laval et B. Brûlé (1974) -AR 63: Méthodes chimiques et physico-chimiques.

41 Etude d'un remblai sur tourbe à Caen, J. Vautra in (1975) - AR 06: Ouvrages en terre.

42 Etude théorique et expérimentale de la préparation d'une résine époxyde compatible avec le bitume, B. Brûlé et C. Laval (1975) - AR 63: Méthodes chimiques et physico-chimiques.

43 Redistribution des effets hyperstatiques des ponts en béton précontraint par fluage linéaire, M.-Y. Lau (1975). épuisé - AR 10: Ponts en béton précontraint.

44 Etude des massifs continus à comportement non linéaire -Applications aux problèmes de génie civil, A. Ricard (1975) - AR 09: Mécanique des roches et ouvrages souterrains

45 Evolution sur route de liants et d'enrobés bitumineux -Etude de laboratoire sur prélèvements, Doan Tu Ho, A. Grignard et P. Ugé (1975) - AR 33: Liants hydro­carbonés et enrobés.

46 Etude théorique du comportement des pieux sous charge verticale -Introduction de la dilatance, R. Frank (1975)­AR 05: Fondations des ouvrages.

47 Consolidation d'un sol avec drains verticaux sous charge variable, D. Chaput et G. Thomann (1975) - AR 06 : Ouvrages en terre.

48 Centrifugation de modèles réduits d'ouvrages en terre et de fondations, G. Pilot (1975) - AR 06: Ouvrages en terre.

49 1 nfluence des matières minérales en suspension sur la qualité des eaux de surface, D. Robbe (1975) - AR 67 : Eau.

50 Etude expérimentale des phénomènes différés dans les ouvrages en béton précontraint, M. Diruy (1975) AR 10: Ponts en béton précontraint.

51 Les meulières du sud de la région parisienne, J. Prévot (1976) - AR 04: Reconnaissance des tracés et sites.

52 Etude hydrogéologique des formations de pente de la butte d'Amance, M. Livet (1976) - AR 04: Recon­naissance des tracés et sites.

53 Etude de mortiers de résine pour revêtements superficiels routiers, A. Denis (1976) - AR 35: Granulats.

54 Utilisation des textiles non-tissés pour le drainage _ Application aux remblais de sols fins en cours de consolidation, M. Bourdillon (1976) - AR 03: Terras­sements.

55 Etude lithologique du calcaire de Saint-Ouen dans la région parisienne - Quelques conséquences d'ordre géo­technique, B. Caron (1976) - AR 04: Reconnaissance des tracés et sites.

56 Dalles orthotropes, M.-Y. Lau (1976) _. AR 11: Ponts métalliques et ponts mixtes.

57 Méthodes de contrôle de la pollution des eaux - Utilisation des électrodes spécifiques, M. Cathelain (1976) - AR 63 : Méthodes chimiques et physico-chimiques.

58 Influence des paramètres de formulation sur le compor­tement à la fatigue d'un enrobé bitumineux, S. Soliman (1976) - AR 33: Liants hydrocarbonés et enrobés.

59 Interprétation de l'efficacité des compacte urs vibrants, J.-M. Machet (1976) - AR 03: Terrassements et AR 34: Assises traitées.

60 Etude des mortiers des graves traitées aux 1 iants hYdrau­liques et aux liants mixtes en vue de la réduction de leur fissuration de retrait, Y. Toklu (1976) -AR 34: Assises traitées.

61 Les roches granitiques et leur altération - Reconnaissance géotechnique de tracés en Bretagne, G. Chevassu (1976) -AR 04: Reconnaissance des tracés et sites.

62 Revêtement en béton de liants hydrocarbonés modifiés -Etude de laboratoire, J.-P. Grimaux, A. Grignard et M. Huet (1976) - AR 33: Liants hydrocarbonés et enrobés.

63 Compactage des graves-bitume au moyen de rouleaux vibrants, J.-M. Machet, G. Morel et J.-C. Valeux (1976)­AR 33: Liants hydrocarbonés et enrobés.

Les rapports de recherche disponibles peuvent être demandés au Service des Publications du LCPC.

Les rapports de recherche épuisés peuvent être fournis sous forme de micro-fiches 105 x 148 mm.

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Publié au LCPC, 58 boulevard Lefebvre - 75732 PARIS CEDEX 15, sous le numéro 502 471

Dépôt légal.' 4e trimestre 1976