CNERIB, 12 avril 2011

MISE EN ŒUVRE ET CONTRÔLE DU BÉTON: UNE DÉMARCHE COHÉRENTE ET INTÉGRÉE

Par

Dr A. Brara, Directeur de Recherche, CNERIB

Sommaire

I- Rôle et principe du contrôle

(pourquoi contrôler et comment?)

II- Les essais de contrôle(contrôle interne: épreuves d’études et

de convenance, contrôle externe)

III- Les essais d’information(essais destructifs et non- destructifs)

I- RÔLE ET PRINCIPE DU CONTRÔLE

1- Brève rétrospective historique concernant le

matériau béton et son contrôle1.1 Les liants et le béton

….Antiquité

2600 Av. J. C : Mélange de chaux, d’argile, de sable et d’eau en tant que liant connu par les égyptiens  (pyramide d‘Abou Rawash)

1ièr Siècle: Amélioration de la prise et du durcissement de ce liant par le rajout de sable volcanique de Pouzzoles et de la tuile broyée constatées par les romains

Panthéon de Rome, avec une coupole hémisphérique de 43,20 m de diamètre à base de béton de pouzzolane (construit sen 128 ap. J-C )

(Autres: la Voie Appia, les bains romains de Caracalla, le Colisée, l'aqueduc de Pont du Gard au sud la France)

…18ième au 19ième siècle

Seconde moitié du 18ième siècle: découverte par des chercheurs anglais du rôle que joue l'argile dans l'hydraulicité de certains calcaires, et de l'importance de la granulométrie des sables destinés à la confection des mortiers (John Smeaton, James Parker)

1818 : découverte du ciment attribuée à Louis Vicat, jeune ingénieur français de l‘Ecole Nationale des Ponts et Chaussées (Paris)

1824: dépôt en du brevet de la marque ciment de Portland par un industriel Français

1855: dépôt de brevet du "ferciment", une combinaison de fer et de mortier pour les constructions navales et les caisses à fleur par Joseph Louis Lambot

Fin du XIX siècle: apparition de constructions en béton armé (Angleterre, Etats unis et en France), ainsi que du mode de calcul des ouvrages avec ce matériau

1.2 LE CONTRÔLE DU BÉTON: CHRONOLOGIE

Début du 20ième siècle: Apparition de la nécessité du contrôle du béton

( Instructions relative à l’emploi du béton armé du 20 octobre 1906, ratio résistance l’écrasement de cube de 20 cm de coté à 90 jours/résistance des ouvrages <28% , soit une valeur moyenne de de 5.5 MPA pour la résistance de calcul !)

Début années 40: dimensions minimale de l’éprouvette fonction de celle maximale des granulats employés

(Règles BA 45)

Années 60 : Apparition des moules cylindrique, des précisions sur la confection et du conditionnement des éprouvettes ainsi que des techniques d’essai, introduction de la notion de la contrainte nominale (80% de la valeur moyenne de la résistance pour la prise en compte de la dispersion des résultats)

(Règles BA 60 puis Règlement CCBA 68)

Années 90: prise en compte des connaissances actuelles sur le béton en matière de contrôle

(Règles BAEL 81, 83 et 91, Règles techniques de conception et de calcul des ouvrages et

constructions en béton armé suivant la méthode des états limites, équiv. DTR BC 2.41, ou BA 93)

Années 2000

2005: Précisions et compléments sur les spécifications, les critères de conformité du béton ouvrable, performant et durable, harmonisation (européenne) des essais avec méthodes et appareillages différents

(norme EN 206-1, béton: Spécification, performances, production et conformité, 2004,

équiv. NA 16002, 2007)

2007: Corrélation des résultats d’essais de carottage et /ou d’essai non destructifs (scléromètre, ultrason) et résistance caractéristique du béton

(NF EN 13791, 2007 , équiv. NA 17004, Evaluation de la résistance à la compression sur

site des structures)

2- NÉCESSITÉ ET RÔLE FONDAMENTAL DU CONTRÔLE

NOMBREUX FACTEURS INFLUANT SUR LA QUALITÉ DU BÉTON

(composition, qualité des intrants, qualification du personnel chargé de de la préparation et de la mise en œuvre)

Nécessité du contrôle (malgré le surcoût)

ROLE DU CONTROLE: ESSENTIELLEMENT PRÉVENTIF

Assurance de de la conformité des bétons réalisés vis-à-vis des spécifications imposées par le maître d’ouvrage

Absence de situation de litiges dans les chantiers de réalisation préjudiciable pour l’ensemble des co-contractants (Maîtres de l’œuvre et de l’ouvrage, bureau de contrôle, entreprise)

Dilemme et controverses(acceptation ou refus de situation de constat de non vérification de la qualité requise du

béton, confortement et/ou démolition d’ouvrage, retard, incidence financière)

BIAIS DU CONTRÔLE

Contrôle interne: épreuves d’études et de convenance contrôle externe Les épreuves d’information

II- LES ESSAIS DE CONTRÔLE

1. ESSAIS DE CONTRÔLE : BUTS ET PROCESSUS

PROCEDURE MISE EN PLACE PAR L’ENTREPRISE

Contrôle interne (épreuves d’études et de convenance)

Contrôle externe (via le maître d’œuvre et un bureau de contrôle)

Assurance de la conformité des bétons réalisés vis-à-vis des spécifications imposées par le maître d’ouvrage

2. LE CONTRÔLE INTERNE

2.1 LES ÉPREUVES D’ÉTUDE DES BÉTONS

DÉFINITION EN LABORATOIRE D’ UNE FORMULE NOMINALE DE BÉTON

la description des moyens de fabrication, de transport, de manutention et de mise en place des bétons

la formule nominale du béton

Nature et provenance des matériaux Courbes granulométriques et équivalent de sable (ES) Dosage en kg/m3

Fabrication en laboratoire d’une gâchée avec les constituants à utiliser par le chantier et la confection de trois éprouvettes pour essais de compression à 28 jours

Assurance par le formulateur d’une résistance caractéristique garantie

Résistance moyenne à viser fm ≥ Résistance caractéristique spécifiée fck (note de calcul et/ou classe d’environnement) + quantité min

quantité min= (résistance à 28 jour CE - celle minimale de la classe du ciment utilisé Cmin, 1,10 fck)

fm= min [fck+ (CE-Cmin), l,10 fck ]

RAPPEL DE LA NOTION DE RÉSISTANCE CARACTÉRISTIQUE

Définition de la résistance caractéristique fck : valeur dont la proportion de la population de

celles qui lui sont inférieures est de p% de l’ensemble des résultats

Exemple : 46 résultats d’écrasement d'éprouvettes numérotées de 1 à 46

Distribution de la fréquence des résistances à l’écrasement

Si p=5 fck : valeur dont la proportion de la population de celles qui lui sont inférieures est de 5% de l’ensemble des 46 résultats (c-a-d environ 2) = 28 MPa

Recours au maths: distribution gaussienne

fck = fm (n) – k x s , avec k=f(p=5%, n=46) tabulé , s: écart-type

k(p=5, n=46) = 1.53, fck = fm (n) – k x s = 33.3-1.53x3.3 = 28 MPa

Fabrication et régularité

Valeurs moyennes

visées par le chantier

Valeur lors de

l'établissement

Fabrication contrôlée, production régulière

Fabrication mal contrôlée, production irrégulière

Résistance (MPa)

Soient deux productions de béton visant une même résistance caractéristique de 25 Mpa donnant les distributions fréquentielles suivantes:

loi statistique la plus répandue et la plus utile, représentant beaucoup de phénomènes aléatoires

Permet d’approcher de nombreuses autres lois statistiques , tout spécialement dans le cas des grands échantillons.

Son expression mathématique est la suivante:

La loi normale (loi de K. F. Gauss, 1777-1855)

● m est la moyenne●s l'écart type● n le nombre total d'individus dans l'échantillon● n(x) le nombre d'individus pour lesquels la grandeur analysée a la valeur x.

2.2 LES EPREUVES DE CONVENANCE

VÉRIFICATION DE LA SATISFACTION AUX EXIGENCES DU MARCHÉ DU BÉTON MIS EN ŒUVRE SUR CHANTIER

•Conditions de chantier

Approvisionnements réels

Matériels de fabrication

Moyens de contrôle

Durée et conditions de transport

Mise en place

•Etape à effectuer avec un délai suffisant

Possibilité d’ajuster les formules et de pouvoir effectuer certaines corrections.

3- LES ÉPREUVES DE CONTRÔLE EXTERIEUR

VÉRIFICATION DE LA RÉGULARITÉ DE LA FABRICATION ET DE L’ATTEINTE DES CARACTÉRISTIQUES PRESCRITES DES BÉTONS EFFECTIVEMENT MIS EN PLACE SUR CHANTIER

Modalité du contrôle

Prélèvements réguliers et/ou aléatoire près du lieu d’utilisation

Prélèvements effectués par un organisme de contrôle habilité (CTC)

3. 2 LE PROCESSUS D’ÉXECUTION

PRELEVEMENT ET ECHANTILLONNAGE SIMILAIRE POUR LES TROIS TYPES D’ESSAIS DE CONTRÔLE (épreuves d’étude, de convenance et de contrôle extérieur)

Moules et éprouvettes de dimensions normalisées (cylindres et cubes)

Prélèvement à la sortie du malaxeur (ou camion: BPE)

Serrage selon affaissement

Echantillonnage selon le volume de la gâchée

nombre de prélèvements (de 3 éprouvettes) et endroit = fct Volume

V< 0.5 m3, (1p, ½) , 0.5 m3 V<2.0 m3 (2p, 1/3, 2/3), V> 2.0 m3 (3p, ¼, ½, ¾, )

OND

Conservation et conditionnement: Conditions aussi voisines que possible de celles du moment de la mise en place

3.3 CRITERE DE CONFORMITE

CONFORMITÉ PRONONCÉE (ESSAIS DE CONTRÔLE EXTERIEUR ) PAR RAPPORT À

La consistance

Lot réputé conforme si les résultats sont compris dans la fourchette requise (10- 40(L), 50-90(P), 100-150(TP), 150-210 (F) cm, limites inf. et sup. : -10 mm et +20 mm)

La résistance caractéristique spécifiée (note de calcul et/ou de classe d’environnement)

Pour un béton fabriqué sur chantier ou en usine BPE, un lot est réputé conforme à la résistance caractéristique si

fm≥ fck+ k1

fmi≥ fck- k2

avec fm moyenne arithmétique et fmi valeur minimale des résultats k1 et k2, fct (classe du béton, nombre de prélèvements)

Lot: ensemble de béton mis en place faisant l’objet d’une même sanction de contrôle (partie d’ouvrage coulée en une seule fois)

Exp: fc28=25 MPa, (n=3 p, k1= 1.5 ; k2=3.5, c-a-d fm≥ 26,5 MPa fmi≥ 21,5

MPa

II- LES ESSAIS D’INFORMATIONS

1- BUTS ET PROCESSUS DES EPREUVES D’INFORMATION

ESSAIS SUR LE MATÉRIAU PRÉLEVÉ DANS L’OUVRAGE (OU À PROXIMITÉ IMMÉDIATE) EN VUE DE LA DÉTERMINATION DE

la résistance du béton de l’ouvrage au jeune âge et à moment donné (décoffrage, décintrage, mise en charge….)

Carottage du béton frais

la résistance du béton de l’ouvrage et appréciation de son comportement

Carottage béton durci, scléromètre, ultrason

N.B.: Complément facultatif du dossier d’étude des bétons, en relation avec un

programme de bétonnage précis pour chaque phase de réalisation d’ouvrage, ou en cas de litige sur la conformité du béton mis en œuvre

2- PROCESSUS D’EXECUTION

2.1 LES ESSAIS DESTRUCTIFS

CORPS D’EPREUVES

EPROUVETTES MOULEES

Echantillons de béton frais prélevés et conservés dans des conditions proches de celles de l’ouvrage

CORPS D’EPREUVE

CAROTTES

– BÉTON FRAISEnfoncement d’un carottier cylindrique dans le béton frais et son retrait à l’approche du

jour J envisagé

– BÉTON DURCI DE L’OUVRAGE

Forage du béton durci de l’ouvrage à l’aide de couronne diamantée et injection d’eau

PRELEVEMENT ET CONDITIONNEMENT DES CORPS D’EPREUVE

PRINCIPE: CONDITIONS AUSSI VOISINE QUE POSSIBLE DE CELLE DE L’OUVRAGE

– Prélèvement: dans ou sur l’ouvrage

– Serrage: même que celui de la mise en œuvre de l’ouvrage

– Conservation: conditions aussi équivalente possible que celles de l’ouvrage (protégé, soumis aux intempéries, étuvé…)

2.2 ESSAIS NON DESTRUCTIFS

2.2.1- SCLÉROMÈTRE

Mesure du rebondissement d’une masselotte projetée violemment par un ressort comprimé sur une surface de béton (corrélation valeur de rebondissement/résistance du béton)

L’essai au scléromètre et corrélation indice sclérométrique/résistance du béton

2.2.2- AUSCULTATION DYNAMIQUE

Mesure de la vitesse de propagation du son dans le béton corrélée avec

(la densité et par suite avec) la résistance du béton

Appareil portable nouvelle génération pour le contrôle du béton par ultrason et principe de fonctionnement

2.2.1 PROCESSUS D’EXECUTION DES ESSAIS NON DESTRUCTIFS

Etalonnage et calibrage des appareils

Etalonnage

• scléromètre : bloc néoprène ou 3 séries d’éprouvettes en béton (15, 25, 35 MPa) à écraser après mesure

• appareil ultrason: tige étalon de DT connu

Calibrage

•Scléromètre : Courbe de corrélation indice sclérométrique obtenue sur un échantillon de 30 éprouvettes du béton formulé (composition, nature des granulats, teneur en eau etc.) à écraser après mesures

Appareil ultrason: corrélation graphique entre de la vitesse de propagation V et la résistance à la compression du béton formulé

(moins 30 éprouvettes avec E/C variant de 0.4 à 0.8 en lot de 03 éprouvettes et affectation des coef. d’influence pour les autres facteurs (type et dosage en ciments, granulats, humidité , maturité etc.)

Echantillonnage

Nombre de corps d’épreuves (moulés ou carottés), de points de mesure, de zones et d’aires d’essais statistiquement représentatifs

norme NA 17004: Au moins 03 carottes par zone avec prise en compte de l’effet d’échelle dans l’échantillonnage (dans le cas de carottes de diam . < 100 mm

Zone d’essais: lot de béton à tester

aire d’essai : endroit d’extraction

3. CRITERE DE CONFORMITÉ

SELON TYPES D’ESSAIS (DESTRUCTIF ET/OU NON DESTRUCTIF)

Recours à la norme NA 17004 portant évaluation de la résistance à la compression sur site des structures

EXEMPLE

ESSAI DESTRUCTIFS

au moins 15 carottes disponibles

Résistance caractéristique estimée sur site

fck, is = Valeur minimale de (fm (n) – 1.48 x s, fck, is = fis, plus faible +4) (1)

Avec s écart-type

seules 3 à 14 carottes disponibles

Résistance caractéristique estimée sur site

fck, is = Valeur minimale de (fm (n) – k, fck, is = fis, plus faible +4)

avec k fct du nombre de carottes

ESSAIS NON DESTRUCTIFS (scléromètre, ultrasons)

- Etablissement d’une relation de corrélation de résistance carotte /essai non destructif (min. 18 couples de résultats)

- Utilisation de cette relation pour l’extrapolation des essais non destructifs (au moins 15 mesures)

- Déduction de la résistance caractéristique estimée sur site en utilisant la formule (1)

CONCLUSION

• LE CONTRÔLE DU BÉTON DE SA FORMULATION JUSQU’À SA MISE EN PLACE : UNE DÉMARCHE COHÉRENTE ET INTÉGRÉE

• LA NON ADOPTION OU L’ADOPTION PARTIELLE DE CETTE DÉMARCHE EPROUVEE: RÉPERCUSSION NEGATIVE SUR LA QUALITÉ DE CE MATÉRIAU

CONTRÔLE

INTERNE

•Formulation d’un béton sur la base de matériaux de provenances déterminées

•Adaptation de cette formulation pour la prise en compte des conditions de chantier (fabrication, moyens, transport…)

CONTRÔLE

EXTERNE

• Vérification de l’atteinte par le béton des caractéristiques spécifiées juste avant son placement

•Vérification de la régularité de la production du matériau mise en place

ESSAIS

D’INFORMATION

•Détermination des caractéristiques du béton mis en place à un moment donné•Vérification par le béton mis en place de la satisfaction des caractéristiques spécifiées et de leur régularité

…MERCI POUR VOTRE PATIENCE

ET VOTREAIMABLE

ATTENTION