PROJET NATIONAL CALIBE

Fabrication et mise en œuvre de bétons de qualité.

1 . Objectif

Le Projet National CALIBÉ a pour objectif de mettre au point l'ensemble des méthodes qui permettent d'obtenir systématiquement un béton de qualité qui se substitue au béton trop souvent approximatif utilisé dans les constructions courantes. On pourra ainsi revaloriser une image défavorable du béton trop souvent répandue dans l'opinion publique, éviter des incidents dans la réalisation d'ouvrage, tout en profitant des évolutions et améliorations constantes et novatrices du matériau.

Ce Projet National vient à la suite et accompagne d'autres Projets Nationaux : Voies Nouvelles du béton : VNB, Bétons à haute performance : BHP 2000, Bétons fibrés : BEFIM, Bétons autoplaçants : B@P.

2 . Programme réalisé

Pour atteindre l'objectif du PN, il fallait discerner pour chaque poste de la chaîne qui va de l'amont de la fabrication à l'aval de la mise en œuvre, les facteurs essentiels par lesquels agir et déterminer une "instrumentation" constituée d'un ensemble d'appareils de contrôle ou de mesure, de protocoles d'essais ou de recommandations pratiques.

Soucieux d'efficacité, les partenaires ont choisi de concentrer leurs moyens et leurs efforts sur un nombre limité de thèmes, en ayant à chaque fois l'ambition d'aboutir à des résultats utilisables aussi directement que possible dans la pratique quotidienne.
Ont donc été traités :

- la formulation en vue de la fabrication et de la mise en œuvre, avec la méthode du Mortier de Béton Equivalent (MBE),

- la fabrication, avec la définition et la validation de nouveaux automatismes permettant de prendre réellement en compte la complexité de la précision des dosages,

- la mise en œuvre des bétons par pompage dans le cadre de la thèse de C. KAPLAN,

- le suivi de l'évolution des caractéristiques au jeune âge, avec la validation des méthodes maturométriques.

- la définition d'une voie d'appréciation consensuelle du résultat, avec un travail méthodologique relatif aux parements.

3 . Partenaires

AEROPORTS DE PARIS - ATILH - BETONS GRANULATS du Centre - BETONS de Paris - CADORET Consulting - CAMPENON BERNARD SGE - CEBTP - CERIB - CHRYSO - CIMENTS D'OBOURG - CTG Ciments Français - CUST - EDF - ENTPE - EUDIL - FNTP - FOSROC CIA - GTM Construction - INSA Toulouse - IUP Cergy-Pontoise - LAFARGE - LAMH - LBS INSA Lyon - LCPC - LMDC - MBT - RAZEL - RMC - RHODIA Chimie - RS Automation - SEAC - SFAC - SIGMA BETON - SOLEN ESSAIS - STV - PTC - PUTZMEISTER - UNICEM Auvergne

4 . Budget et durée

2.984.073 € HT (19.574.236 F HT) dont une aide de l'Etat de 524.137 € HT (3.438.113 F HT).

Durée :

Le PN, commencé en 1995/96 s'est terminé en 2001 en ce qui concerne les études et essais. Un livre de synthèse des résultats et de recommandations a été publié en 2004.

5 . Organisation

Président : Jacques DELACOUR

Directeur Technique : Jean-Marie GEOFFRAY (LRPC Clermont-Ferrand)

6 . Résultats et conclusions

La méthode MBE (Mortier de Béton Equivalent)

L'introduction ces dernières années d'adjuvants et notamment de fluidisants dans la composition du béton s'est traduite par l'apparition dans certains cas d'anomalies du comportement rhéologique du béton frais, anomalies dont on n'a pas réussi à identifier les causes de façon certaine.

Une étude sur la fluidification des bétons, réalisée dans le premier semestre 1997 au Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Clermont-Ferrand permettait de découvrir que le maintien de rhéologie des bétons n'était pas seulement conditionné par la nature du ciment et de l'adjuvant, mais encore par la nature des éléments fins du sable et par la teneur en eau du béton, sans oublier bien entendu les accentuations de phénomènes imputables aux variations de température.

On notait également que certaines compositions de bétons apparemment intéressantes présentaient une grande sensibilité rhéologique pour de faibles variations de dosages en adjuvant et, de ce fait, s'avéraient tout à fait inutilisables sur chantier, cet état de fait permettait d'expliquer la plupart des incidents survenant de façon inopinée sur chantier.

L'ensemble des partenaires, industries cimentières, fournisseurs d'adjuvants, fournisseurs de béton prêt à l'emploi, laboratoire ont convenu qu'il fallait disposer d'une méthode "simple" pour déterminer les propriétés rhéologiques du béton frais, et se sont mis d'accord pour perfectionner et valider la méthode MBE (Mortier de Béton Equivalent) initialement mise au point par le CTG d'Italcementi.

Le principe de la méthode repose sur le fait qu'il existe une corrélation simple reliant les propriétés rhéologiques d'un béton au mortier qui le compose. Cependant, le mortier qui joue un rôle sur le rhéologie n'est pas exactement le mortier qui serait obtenu en tamisant un béton frais au tamis de 5 mm. En effet, une partie de l'eau et de la pâte reste collée ou absorbée par les granulats. La méthode MBE demande à identifier la composition granulométrique des sables et des granulats, à calculer la surface de chaque tranche, et à substituer aux fractions les plus grossières un ajout d'un matériau (en général le sable initial) de manière à reconstituer un mortier équivalent qui aura la même surface granulaire totale que celle du béton initial.

Les propriétés rhéologiques de ce MBE, fabriqué en laboratoire selon des procédures strictes, sont ensuite mesurées au cône d'Abrams et avec un mini-cône.

Le travail collectif a permis d'établir, sans conteste, le domaine de validité et le mode d'application commun de la méthode.

Mise au point de nouveaux automatismes

L'apparition de bétons plus performants implique une plus grande rigueur dans la formulation des bétons et encore plus dans la qualité même de leur fabrication. La conduite des centrales à béton devenant de plus en plus complexe, les travaux réalisés dans le cadre de CALIBÉ ont eu pour but de développer un automate capable de prendre en compte, notamment, les éléments suivants :

- l'environnement dans lequel le béton doit être utilisé,

- l'emploi d'additions minimales,

- les dosages minimaux en liant et des limitations au rapport eau efficace/liant équivalent.

- les exigences sur le malaxage, par exemple, la prise en compte des modes d'introduction des adjuvants et des durées de malaxage.

Un automate expérimental (RS Automation) a été conçu sur la base d'un cahier des charges défini au sein du PN, développé, implanté et testé en situation de production industrielle sur une centrale du centre de la France. On dispose maintenant d'automatismes industriels permettant aux centrales à béton de fabriquer toutes sortes de bétons spéciaux.

Le pompage du béton

Les avantages du pompage du béton sont nombreux : rapidité de mise en œuvre, accès aux endroits difficiles etc… Des matériels performants sont disponibles, mais peu d'études s'étaient intéressées aux bases scientifiques de l'analyse du comportement du béton lors du pompage, et deux questions importantes demeuraient :

- le béton passera-t-il dans un circuit de configuration donné sans provoquer de blocage ?

- si oui, quelle pompe faut-il choisir pour assurer la cadence demandée par le chantier ?

Pour apporter une réponse à ces questions, une installation expérimentale a été réalisée, un circuit de pompage de 150 m environ, doté d'une pompe industrielle de forte capacité, a été construit et instrumenté. Plus de 60 essais de pompage ont été réalisés en parallèle avec des essais en laboratoires.

Les essais réalisés dans le cadre de la thèse de D. KAPLAN ont permis la rédaction d'un guide sur le "Pompage des bétons". Ce guide et ces résultats ont fait l'objet d'une validation sur deux chantiers : "Cœur Défense" à Courbevoie et Pforzheim.

Les méthodes maturométriques

La bonne gestion des opérations de décoffrage des ouvrages en béton, de mise en tension des câbles de précontrainte et de manutention des éléments préfabriqués (pour ne citer que ces exemples) nécessite une mesure fiable de la résistance du béton dans l'ouvrage, sans parler aussi de la qualité des parements.

Les méthodes maturométriques permettent d'évaluer la résistance instantanée du béton à partir d'une courbe de référence et de la connaissance d'un historique de températures et sont d'un emploi plus fiable que celui plus traditionnel des éprouvettes d'information.

Ces méthodes sont insuffisamment utilisées actuellement et l'objectif du travail accompli dans le cadre de CALIBE a été de :

- compléter les références scientifiques de ces méthodes et les faire évoluer,

- optimiser le couple antagoniste précision-complexité (certaines méthodes très ambitieuses demandent l'utilisation d'un très grand nombre de paramètres et des études initiales dissuasives),

- mieux définir le domaine d'emploi.

Le "guide d'utilisation de la maturométrie" a pour objet l'emploi des méthodes maturométriques grâce à un cadre accepté par tous et en particulier par les organismes de contrôle.

L'appréciation des parements

Un projet consacré au béton de qualité ne pouvait éluder la délicate question des parements, à la fois sous l'angle de la qualité intrinsèque (porosité, compacité…) et sous celui de l'aspect (teinte, texture, homogénéité…). Question délicate, car elle concerne à la fois des données physiques objectives et mesurables, et des données relevant du domaine de la perception, c'est-à-dire en partie subjectives.

Le travail accompli collectivement dans ce domaine a été d'ordre essentiellement méthodologique, avec une analyse détaillée des notions relatives à l'aspect, leur classement et la définition d'une procédure à suivre pour maximiser les chances de compréhension et de satisfaction des différents acteurs, du client à l'entreprise en passant par l'architecte.

Quelques voies nouvelles d'explication scientifique des phénomènes observés ont été proposées, telle que l'existence d'une corrélation entre la maturité du béton de peau et la teinte. Plusieurs partenaires du projet, sans doute alertés par les questions posées, poursuivent leurs travaux dans ce domaine au-delà de la clôture du projet.

Les conclusions de cette analyse sont consignées dans un fascicule de documentation "Parements en béton" rappelant dans un premier temps les notions à prendre en compte pour l'analyse d'un parement, puis proposant une longue série de conseils et recommandations pour l'obtention d'un résultat conforme aux attentes des différentes parties. Une attention toute particulière a été portée à la technique du béton préfabriqué, en raison des niveaux de qualité d'aspect exceptionnels auxquels elle peut donner accès.

Conclusions : apports du Projet National CALIBÉ

L'ensemble des travaux réalisés dans les divers thèmes du Projet National CALIBE ont permis simultanément :

une approche de l'homogénéité du béton, tant à sa mise au point (aide à la compréhension des interactions ciment-granulats-adjuvants) qu'à sa fabrication (développement d'automatisme et de centrale expérimentale),

une meilleure connaissance de sa mise en œuvre, lors des opérations de pompage permettant notamment de limiter les phénomènes de ressuage et de ségrégation (mise au point d'un guide de pompage),

une maîtrise de la démarche maturométrique, permettant de s'assurer de la résistance du béton dans l'ouvrage, et de l'avancement de son degré de percolation (maturité suffisamment avancée au moment du décoffrage pour limiter les échanges néfastes avec l'ambiance : chantier expérimental de la rivière Saint Sauveur).

7 . Publications

3 fascicules de documentation sur :

- l'automatisme de centrale de fabrication des bétons,

- les anomalies de comportement rhéologique des bétons,

- les parements en béton.

4 fascicules sur les méthodes d'essai :

- la maîtrise de l'eau à la fabrication des bétons,

- la formulation et le suivi rhéologique de bétons (méthode MBE),

- la validation de la méthode AVA pour l'air entraîné,

- les mesures de la teneur en eau de bétons durcis.

3 fascicules relatifs à des chantiers expérimentaux :

- le malaxage en centrale et en camions,

- l'expérimentation de béton autoplaçant pour des sites agressifs,

- la prise en compte des conditions thermiques dans la formulation de béton fortement défloculé.

2 guides sur :

- le pompage des bétons,

- la maturométrie,

Et un CDRom regroupant certains de ces documents

- Automatisme - AVA Méthode - Eau béton durci - Eau fabrication - Enquête Rhéologique

- MBE Méthode - MBE thermique - MBE Expérimentation - Malaxage - Fluxmétrie

- Maturométrie - Parements - Aide au pompage

Un livre

Résultats et recommandations du projet nationale CALIBE - La maitrise de la qualité des bétonsEdité aux presses de l'école nationale des ponts et chaussées.

Institut pour la Recherche appliquée et l'EXpérimentation en génie civil

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