Brevet FR2941451A1 — publié le 20100730

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [1] L'invention concerne une composition de béton et une méthode de réalisation d'une dalle ou d'une paroi inclinée. [2] L'invention concerne plus particulièrement le bétonnage in situ de faces non coffrées présentant une forte pente. ÉTAT DE LA TECHNIQUE [3] Les opérations de bétonnage sur des fortes pentes sont couramment mises en oeuvre pour différents types de constructions, tels que les perrés architectoniques ou non, les protections de talus, les berges de canaux ou rivière, les rampes d'accès pour la mise à l'eau de bateaux, les dômes, etc. [4] Couramment, l'opération de bétonnage est réalisée en mettant en oeuvre le béton frais dans un coffrage, sans effectuer d'opération ultérieure de serrage du béton ni d'opération de finition soignée de la surface. [5] Dans ces circonstances, moyennant quelques essais initiaux, un béton frais classique de consistance plastique sera en mesure de satisfaire le chantier. Toutefois, l'absence d'une opération de serrage ne permet de conférer au béton ni une véritable fonction structurelle, ni une importante durabilité. En effet, l'opération de serrage permet d'accroître la compacité du béton en optimisant l'arrangement des grains du mélange. [006] Par ailleurs, il est également connu de réaliser une opération de bétonnage sur une surface en pente en effectuant une opération de serrage du béton afin de conférer au béton une compacité, une résistance et une durabilité maximale et d'obtenir une surface de finition soignée, voire architectonique. [007] Toutefois, l'opération de serrage est réalisée au moyen de vibrations transmises dans la masse du béton frais, en disposant un appareil vibratoire, tel qu'une aiguille vibrante à divers emplacements de la masse du béton afin d'obtenir partout une compacité optimale. Or, cette opération de vibration est une opération extrêmement délicate à réaliser lorsque l'on souhaite construire une paroi ou une dalle inclinée. En effet, dans ces circonstances, l'opération de vibration �liquéfie� localement le béton qui s'écoule alors le long de la pente. C'est pourquoi, un béton pouvant être vibré lorsque la pente est importante devra être suffisamment fluide pour remplir correctement le coffrage et permettre l'évacuation des bulles d'air lors du compactage du béton tout en conservant une cohésion suffisante, à faible distance du vibreur, pour rester en place malgré la pente. Ainsi, un tel béton sera-t-il plus difficile à formuler. [008] Afin de répondre aux contraintes susmentionnées, il est connu des bétons comportant des quantités importantes de ciments et des adjuvants permettant d'ajuster finement les propriétés rhéologiques requises. [009] Toutefois, les bétons ainsi formulés ne sont pas pleinement satisfaisants car ils demeurent sensibles aux variations atmosphériques et leur comportement, à l'état frais, se modifie de manière intempestive sous l'effet des vibrations. De plus, ces bétons sont relativement coûteux et peu écologiques en raison de l'utilisation d'une quantité importante de ciment et d'adjuvants chimiques. [0010] Par ailleurs, il est également connu de pré fabriquer des éléments de béton avant de les disposer sur leur lieu d'implantation. Toutefois, en raison des difficultés évidentes liées au transport et à la pose de tels éléments, cette solution n'est pas toujours satisfaisante pour des réalisations in-situ. OBJET DE L'INVENTION [0011] L'invention vise à remédier à ces problèmes en proposant une composition de béton et une méthode de bétonnage, écologiques et peu coûteuses, permettant de réaliser des dalles ou parois présentant des inclinaisons importantes tout en obtenant une finition soignée, ainsi qu'une compacité, une résistance et une durabilité maximale. [0012] A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose une composition de béton frais, adapté pour la réalisation de dalles ou parois inclinées, comportant du ciment, du sable S, des gravillons et/ou graviers G, de l'eau et des fibres. La composition présente : - une quantité de fibres comprise entre 0,9 et 1,5 kg/m3 ; - un rapport massique G/S compris entre 0,8 et 1,0 ; - une quantité d'eau ajustée pour obtenir une consistance plastique du béton frais; et - un indice rhéologique compris entre 0,77 et 1,00. [0013] Ainsi, le béton frais est thixotrope grâce à ses paramètres de formulation et notamment au choix et au dosage adapté de fibres qui lui confèrent les propriétés rhéologiques désirées. Le béton frais ainsi obtenu est donc particulièrement maniable et peut notamment être utilisé avec une pompe à béton, grâce à ses propriétés plastiques. [0014] En outre, grâce à son indice rhéologique et à sa consistance plastique, le béton frais selon l'invention peut être serré par vibration sur des surfaces en pente de telle sorte que les éléments de béton obtenus présentent une bonne compacité. [0015] De plus, la composition de béton ne comporte que des constituants relativement peu sensibles aux conditions atmosphériques et ne nécessite pas l'utilisation d'adjuvant ayant une action sur le comportement rhéoplastique du béton frais. De même, le béton frais selon l'invention ne nécessite pas de mettre en oeuvre plus de ciment que ne nécessiterait un béton standard de classe équivalente. [0016] D'ailleurs, dans un mode de réalisation préféré, la composition de béton ne comporte pas d'adjuvant modifiant le comportement rhéoplastique du béton frais. Le béton ainsi formulé est donc moins sensible aux variations atmosphériques et aux modifications intempestives de comportement à l'état frais sous l'effet de la vibration, et surtout d'un coût de revient limité tout en étant plus respectueux de l'environnement. [0017] De préférence, les fibres sont des fibres polypropylènes. La longueur des fibres est comprise entre 6 et 12 mm. [0018] Avantageusement, le ciment est un ciment de portland du type CEM I présentant une bonne résistance mécanique. [0019] Avantageusement, la quantité de ciment est comprise entre 250 et 450 kg/m3. [0020] Avantageusement, la quantité d'eau est ajustée de sorte que l'affaissement mesuré au cône d'Abrams soit compris entre 50 et 90 mm, et de préférence entre 50 et 70 mm. Ainsi, le béton frais présente une consistance correspondant à l'application envisagée. [0021] Avantageusement, le sable et les gravillons et/ou graviers sont des matériaux concassés de classe A, notamment pour leurs propriétés d'absorption de l'eau. [0022] Selon un deuxième aspect, l'invention concerne une méthode de réalisation de dalles ou de faces inclinées dont l'inclinaison s'étend jusqu'à 57°, comportant : - une étape de fabrication d'un coffrage ; - une étape de préparation d'une composition selon le premier aspect de l'invention ; et - une étape de mise en oeuvre de la composition de béton dans ledit coffrage. [0023] La méthode selon l'invention permet de réaliser des dalles ou parois présentant une inclinaison importante sans pour autant augmenter le coût ou l'impact écologique de l'opération ou diminuer la qualité de l'ouvrage. On notera que l'invention est particulièrement intéressante dès lors que la pente présente une inclinaison supérieure à 15°. [0024] Avantageusement, la méthode comporte une étape de serrage par vibration du béton coulé dans le coffrage. Ainsi, le béton présente une bonne compacité. [0025] Dans un mode de réalisation, la méthode comporte également une étape de disposition d'une structure ou d'un treillis, en métal déployé. Cette étape est particulièrement avantageuse lorsque la pente est très importante. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0026] D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 illustre un fuseau préférentiel de répartition granulométrique du sable, pour une composition de béton selon l'invention; - la figure 2 illustre un premier fuseau préférentiel de répartition granulométrique de gravillons, pour une composition de béton selon l'invention ; - la figure 3 illustre un second fuseau préférentiel de répartition granulométrique de gravillons et/ou graviers, pour une composition de béton selon l'invention ; et - la figure 4 est une vue en coupe d'un plan incliné équipé d'un coffrage dans lequel est mis en oeuvre une composition de béton selon l'invention de sorte à réaliser une dalle inclinée ; - la figure 5 est une vue en perspective du plan incliné de la figure 4 ; et la figure 6 est une vue en perspective d'un ouvrage de béton, mis en oeuvre avec un procédé selon l'invention et recouvrant un lit bordé de part et d'autre par des plans inclinés. EXEMPLES DE RÉALISATION [0027] La composition de béton selon l'invention comporte du ciment, du sable S, des gravillons et/ou graviers G, de l'eau et des fibres. On se réfèrera à la norme NF- EN 12ù620 quant à la répartition des granulats dans l'une ou l'autre des classes de granulats mentionnées ci-dessus. [0028] Le ciment utilisé est par exemple un ciment de Portland. Le ciment pourra notamment être du ciment de portland du type CEM I (conformément à la norme NF EN 197-1) qui présente une bonne résistance mécanique et qui permet en outre un traitement rapide des phases de finition et de lissage. Le ciment utilisé est donc presque exclusivement constitué de clinker de ciment. [0029] La quantité de ciment est ajustée en fonction de la compacité et de la résistance désirée. La composition de béton selon l'invention ne nécessite pas des quantités significativement différentes de ciment qu'un béton standard bien que cette composition soit adaptée à la réalisation de dalles ou parois inclinées et qu'elle puisse être vibrée malgré la pente. Aussi, le béton selon l'invention ne nécessite pas la mise en oeuvre de plus de ciment que ne nécessiterait un béton de classe équivalente. [0030] On notera que le choix de la nature et du dosage du ciment seront également déterminés en fonction de la classe d'exposition et de la classe de résistance désirées. On notera également que, afin de respecter le rapport massique Eau/Ciment maximum, il sera parfois nécessaire de réduire légèrement la plasticité du béton frais compte tenu de l'absence d'adjuvant réducteur d'eau. [0031] À titre d'exemple, la composition de béton comprend entre 250 kg/m3 et 0 kg/m3 de ciment. [0032] Par ailleurs, on peut prévoir que la composition de béton contienne en outre des additions minérales telles que des fillers calcaires, des fillers siliceux, des cendres volantes, des fumées de silice, des laitiers moulus, et/ou des métakaolins. Ces additions minérales permettent notamment d'augmenter la compacité du béton. [0033] Le sable S et les gravillons et/ou graviers G utilisés sont avantageusement de classe A au sens de la norme XP P 18-545, notamment pour ce qui concerne leurs propriétés relatives à l'absorption de l'eau. [0034] Avantageusement, le sable et les gravillons et/ou graviers utilisés présentent des répartitions granulométriques inscrites dans les faisceaux illustrés sur les figures 1 à 3. [0035] Les tableaux suivants indiquent les pourcentages maximum et minimum de matériaux passant à travers les tamis normalisés et délimitent ainsi les fuseaux de répartition granulométrique du sable 0/4 de la figure 1, des gravillons 4/12 de la figure 2 et des graviers 12/20 de la figure 3. 7 Sable 0/4 Tamis % Maxi Mini 6,3 100 100 93 100 4 90 99 2 65 85 1 45 70 0,5 30 55 0,250 18 37 ' 0,125 8 22 0,063 28 Gravillons 4/12 Tamis Mini Maxi 20 100 100 16 95 100 12, 5 90 99 55 90 8 25 65 6,3 9 35 5 1 17 4 10 3,15 Graviers 12/20 Tamis 0/0 Maxi Mini 31,5 100 100 28 98 100 25 95 100 20 82 97 16 20 70 12,5 3 15 8 0 6 [0036] À titre d'exemple, des sables, gravillons et graviers de calcaire concassé pourront notamment être utilisés. [0037] Le rapport G/S correspondant à la masse de gravillons sur la masse de 5 sable est compris entre 0,8 et 1,0. Un tel rapport G/S permet d'obtenir un état de surface particulièrement soignée. [0038] Par ailleurs, l'indice rhéologique de la composition est compris entre 0,77 et 1,00, et de préférence compris entre 0,8 et 0,9. [0039] L'indice rhéologique IR correspond au ratio volumétrique entre les 10 particules fines de la composition (incluant notamment les fines du ciment, des additions minérales et du sable) et l'eau. Sa formule est la suivante : IR = 1Fy. V Avec Pi : la masse sèche des particules fines, c'est-à-dire ayant un diamètre inférieur à 0,080 mm, pour chaque constituant individuel � i � ; yi : la densité relative de chaque constituant � i �, c'est-à-dire la densité du constituant � i � divisé par la densité de l'eau ; et V : le volume d'eau. [0040] Un indice rhéologique important permet d'obtenir un béton frais particulièrement collant, dense et compact. Aussi, un indice rhéologique compris entre 0,77 et 1 est nécessaire pour l'application au bétonnage de dalles ou parois présentant une pente importante. [0041] Par ailleurs, la quantité d'eau est ajustée de sorte que la consistance du béton frais soit plastique, c'est-à-dire de classe S2 selon la norme NF EN 206-1. En d'autres termes, la consistance du béton frais est telle que l'affaissement mesuré au cône d'Abrams est compris entre 50 et 90 mm. L'affaissement est avantageusement compris entre 50 et 70 mm. [0042] On notera que l'essai au cône d'Abrams est normalisé. La procédure d'essai est intégralement décrite dans la norme française NF EN 12-350-2. La procédure consiste à remplir un cône légèrement huilé avec trois couches de béton. Chaque couche est piquée par 25 coups de façon répartie. Le cône est ensuite égalisé en faisant rouler la tige de piquage. Puis, le cône de béton est démoulé et l'on mesure l'affaissement du cône de béton. L'affaissement est fonction de la consistance du béton. [0043] La composition de béton comporte également des fibres courtes. Les fibres utilisées sont avantageusement des fibres synthétiques de polypropylène dont la longueur est comprise entre 6 et 12 mm. La quantité de fibres doit être comprise entre 0,9 et 1,5 kg par m3 de béton frais. Les besoins en fibres augmentent avec la pente. Aussi, si une quantité de fibres de 0.9 kg/m3 peut être suffisante lorsque l'inclinaison de la dalle ou de la paroi est inférieure a 30°, la quantité de fibres nécessaires augmentera avec la pente pour atteindre environ 1, 5 kg/m3 lorsque l'inclinaison est de l'ordre de 55° à 57 °. [0044] On notera en outre que la présence de fibre permet au béton frais d'être particulièrement maniable et utilisable via une pompe à béton. [0045] Bien sûr, l'on pourra utiliser tous types de fibres présentant des propriétés équivalentes sans sortir du cadre de l'invention. [0046] Selon l'invention, la composition de béton ne comporte pas d'adjuvant modifiant le comportement rhéoplastique du béton frais, tel que les plastifiants, les superplastifiants, les retardateurs, ... Aussi, la composition de béton est moins sensible aux variations atmosphériques et ne présente pas de modifications intempestives de comportement à l'état frais, sous l'effet de vibrations. [0047] Le tableau suivant illustre les constituants qui seront les plus appropriés pour une composition de béton selon l'invention, en fonction de l'application désirée. En effet, les constituants pourront être différents selon que la paroi à réaliser présente une inclinaison supérieure ou inférieure à 45 °, selon la finition de surface souhaitée (lisse ou brute), selon que le béton soit mis en place au moyen d'une pompe ou d'une benne et selon la résistance mécanique souhaitée. Le signe ù indique que le constituant n'est pas approprié à l'application envisagée, alors que les signes +, ++, et +++ indiquent graduellement l'adéquation du constituant avec l'application envisagée. Désignation Fibres Fibres Granulats Granulats Cendres Filler Autres de 6 à 9 de 9 à 12 à 14 16 à 25 volantes calcaire Additions mm 12 mm mm mm Pente 45° + +++ +++ + ++ +++ ++ Surfaçage lisse + + + + + + + - + + + + + + + Surfaçage brut , +++ +++ + + ++ ++ (simple talochage) Pompage +++ +++ +++ + +++ + ++ Benne +++ +++ + +++ +++ + Résistance + + + +++ +++ + +++ mécanique [0048] A titre d'exemple, deux exemples de composition de béton selon l'invention sont décrits ci-dessous : [0049] La composition A comporte : Ciment CEM 152,5 N 350 kg/m3 Cendres volants silico-alumineuses 70 kg/m3 Sable 0/4 calcaire concassé (Boulonnais) 970 kg/m3 Gravillon 4/12 calcaire concassé (Boulonnais) 800 kg/m3 Eau efficace 205 kg/m3 Fibres polypropylènes monofilamentaires 6 mm 1,2 kg/m3 [0050] La composition B comporte : Ciment CEM 152,5 N 350 kg/m3 Cendres volants silico-alumineuses 80 kg/m3 Sable 0/4 calcaire concassé (SNPB) 865 kg/m3 Gravillon 4/12 calcaire concassé (SNPB) 770 kg/m3 Eau efficace 215 kg/m3 Fibres polypropylènes monofilamentaires 6 mm 1,2 kg/m3 [0051 ] Les compositions de béton A et B ont été testées et coulées sur des surfaces présentant des pentes comprises entre 15 et 57°. Les essais réalisés ont permis de valider la composition et la méthode de bétonnage. [0052] Les tableaux ci-dessous illustrent le résultat des tests effectués. Composition A Echantillon Classe Affaissement Température Résistance Résistance N° du mesuré au (°C) mécanique mécanique béton cône en en d'Abrams compression compression (cm) à 7 jours à 28 jours (MPa) (MPa) 1 C35/45 6 15,9 36,2 46,2 2 C35/45 6 18,8 40,1 43,9 3 C35/45 5 17,8 36,6 45,3 4 C35/45 5 18,5 34,3 43,2 C35/45 6 17,6 34,1 49,3 6 C35/45 6 12,2 33,5 40,8 5 Composition B Echantillon Classe Affaissement Température Résistance Résistance N° du mesuré au (°C) mécanique mécanique béton cône en en d'Abrams compression compression (cm) à 7 jours à 28 jours (MPa) (MPa) 1 C35/45 8,5 11 30,4 43,6 2 C35/45 7,5 14 35,7 43,2 3 C35/45 4 15 38,6 45,7 4 C35/45 7,5 12 32,3 40,5 C35/45 7,5 13 37,8 45,4 6 C35/45 7 10,3 39,9 51,8 7 C35/45 8 10,1 33,8 45,1 8 C35/45 6,5 12 31,4 46,6 9 C35/45 I 12 37,3 44,7 7,5 ! C35/45 8 15,3 39 45,9 11 C35/45 5 11,4 39,4 46,4 [0053] Les performances mécaniques atteintes sont satisfaisantes et le faible écart type entre les différentes mesures de compression démontre une bonne reproductibilité. 5 [0054] La méthode de réalisation in situ d'une paroi ou dalle inclinée selon l'invention sera décrite par la suite en relation avec les figures 4 à 6. [0055] Dans un premier temps, un coffrage 2 est disposé sur la surface 3 que l'on souhaite recouvrir d'une dalle ou paroi 1 en béton, dont la pente a varie entre 15 et 57°. À titre d'indication, l'inclinaison de la surface 3 représentée sur 10 la figure 4 est de 45°. Le coffrage 2 est ouvert sur le dessus afin de permettre le coulage et le vibrage du béton. En d'autres termes, la face supérieure inclinée du lit de béton reste libre de tout coffrage. [0056] Pour les applications de béton armé, des armatures 4 sont alors disposées à l'intérieur du coffrage 2. Lorsque la pente est très forte, c'est-à-dire supérieure à 45°, il est préférable de placer, en complément des armatures traditionnelles 4, une structure constituée de bandes de métal déployé ou treillis 5, environ tous les mètres afin de faciliter la retenue du béton frais. [0057] La composition de béton frais qui a été préalablement préparée conformément aux indications mentionnées ci-dessus est alors mise en place dans le coffrage 2. Le béton peut être mis en oeuvre dans le coffrage 2 au moyen d'une pompe à béton ou au moyen d'une benne. Généralement, le coffrage 2 est rempli en commençant par le bas, puis en remontant vers le haut dudit coffrage 2. L'épaisseur de la paroi de béton ainsi réalisée peut notamment être comprise entre 15 et 60 cm, voire plus. Au-delà de 50 cm, on préférera faire plusieurs passes afin d'atteindre l'épaisseur désirée. [0058] On notera que la durée pratique d'utilisation (DPU) de ce type de béton, c'est-à-dire la durée d'utilisation entre la fin du malaxage et le début du durcissement, est réduite (environ 1 heure 30 au maximum). II faut donc tenir compte de ce délai pour la livraison et la mise en oeuvre. [0059] Par la suite, la méthode comporte une étape de serrage par vibration du béton coulé dans le coffrage 2. Cette étape consiste à disposer un appareil vibratoire, tel qu'une aiguille vibrante à divers emplacements de la masse du béton afin d'obtenir sur l'ensemble de l'élément de béton une compacité, une résistance et une durabilité maximale. [0060] Enfin, lorsque l'on souhaite une finition soignée, la méthode comporte une phase de lissage de la surface au moyen d'une taloche, par exemple. [0061] Il est important de noter que dans tous les cas, la réalisation d'une maquette lors des essais de convenances de la formule béton est nécessaire. [0062] La méthode de bétonnage selon l'invention permet de nombreux types de bétonnages délicats présentant des fonctions structurelles et/ou nécessitant une bonne durabilité dans un environnement donné et/ou requérant une qualité de parement soignée (voire architectonique). [0063] Parmi les applications potentielles de la méthode de bétonnage ci-dessus, 5 on peut citer notamment les perrés d'ouvrage courants autoroutiers, les talus sur berges de voies maritimes navigables, les dômes béton, ... [0064] L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. II est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 10 REVENDICATIONS1. Composition de béton frais, adapté pour la réalisation de dalles ou parois inclinées (1), comportant du ciment, du sable S, des gravillons et/ou graviers G, de l'eau et des fibres courtes, caractérisée en ce qu'elle présente : - une quantité de fibres comprise entre 0,9 et 1,5 kg/m3 ; - un rapport massique G/S compris entre 0,8 et 1,0 ; - une quantité d'eau ajustée pour obtenir une consistance plastique du béton frais; et - un indice rhéologique compris entre 0,77 et 1,00. 2. Composition de béton selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle ne comporte pas d'adjuvant modifiant le comportement rhéoplastique du béton frais. 3. Composition de béton selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les fibres sont des fibres polypropylènes. 4. Composition de béton selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les fibres présentent une longueur comprise entre 6 et 12 mm. 5. Composition de béton selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le ciment est un ciment de portland du type CEM I. 6. Composition de béton selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la quantité de ciment est comprise entre 250 et 450 kg/m3. 7. Composition de béton selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la quantité d'eau est ajustée de sorte que l'affaissement mesuré au cône d'Abrams soit compris entre 50 et 90 mm, et de préférence entre 50 et 70 mm. 8. Composition de béton selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le sable et les gravillons et/ou graviers sont des matériaux concassés de classe A. 9. Méthode de réalisation de dalles ou parois inclinées (1) dont l'inclinaison s'étend jusqu'à 57°, comportant : - une étape de fabrication d'un coffrage (2) ; - une étape de préparation d'une composition selon l'une des revendications 1 à8;et - une étape de mise en oeuvre de la composition de béton dans ledit coffrage (2). 10. Méthode selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'elle comporte une étape de serrage par vibration du béton. 11. Méthode selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'elle comporte une étape de disposition d'une structure ou treillis en métal déployé (5).