II.2.5. Le Béton Durci
Le béton frais compacté dans son coffrage est
constitué par un mortier de ciment de consistance plastique enrobant les
granulats. Après une période dormante d'une à deux heures,
le ciment fait prise. C'est au cours de cette période que débute
le processus exothermique d'hydratation et de durcissement de la pâte qui
aboutit à la formation d'une matrice solide de ciment hydraté.
Parallèlement, des réactions chimiques se
développent entre l'eau, le ciment et les granulats à l'interface
matrice granulats, qui donnent naissance à une auréole de
transition assurant une liaison entre les deux éléments. Cette
période de durcissement se poursuit pendant plusieurs mois durant
lesquels se complète, à vitesse décroissante,
l'hydratation du ciment. Avec les ciments courants, la résistance
atteinte à 28 jours représente de 85 à 90 % de la
résistance maximale.
Le béton est donc un matériau composite
complexe, fortement hétérogène puisqu'il est
constitué de granulats dont les dimensions varient de 0,1 à
25 mm ou plus, de ciment dont la dimension caractéristique des
grains est de l'ordre de 30 à 100 mm, de cristaux d'hydrates de
l'ordre de 0,1 mm, éventuellement d'ultra fines de 0,1 nm à
0,5 mm et de vides de quelques nanomètres.
· Propriétés
mécaniques
Seules les propriétés prises en compte par
l'ingénieur de génie civil sont ici considérées. De
ce point de vue, un béton est défini par les caractères
suivants :
- Masse volumique : elle varie entre 23 et
24 kN/m3. La présence d'armatures dans le béton
armé ou le béton précontraint conduit à prendre en
compte une masse volumique de 25 kN/m3
(2 500 kg/m3) dans les calculs ;
- Résistance à la
compression : un béton est défini par la valeur de sa
résistance caractéristique à la compression à 28
jours, f c28. Les bétons courants ont une
résistance de 20 à 30 MPa, ceux de qualité
supérieure de 40 à 50 MPa, et les bétons à
haute performance peuvent dépasser 100 MPa.
Le module d'élasticité instantané Ei
(module de Young) définie par les règles françaises :
Ei = 11 000 f c1/3 (MPa).
- Résistance à la
traction : elle est environ égale au
dixième de la résistance à la compression ;
· Propriétés
rhéologiques
Tous les matériaux, et entre autres le béton,
sont, à des degrés divers, viscoélastiques. Le facteur
temps intervient donc dans leur comportement et dans la formulation de leurs
déformations. Il faut donc distinguer les déformations
instantanées des déformations différées qui se
produisent au cours du temps. Cela est d'autant plus vrai pour le béton
dont la résistance s'accroît asymptotiquement avec le temps
à mesure que se complète l'hydratation du ciment.
v Retrait : le béton est
l'objet de retrait, c'est-à-dire d'une réduction dimensionnelle,
en l'absence de chargement, due essentiellement à l'évaporation
de l'eau excédentaire interne. On distingue : le retrait
plastique créé par la dessiccation de la pâte de
ciment au début du phénomène d'hydratation ; la cure
du béton a pour but de prévenir les effets de ce retrait qui, non
contrôlé, peut être à l'origine de fissurations
importantes ; le retrait par auto dessiccation de la
pâte de ciment au cours de l'hydratation ; le retrait
thermique dû aux effets des gradients de température
qui se manifestent dans le béton lors de la dissipation de la chaleur
d'hydratation ; le retrait à long terme du
béton durci, ou retrait proprement dit, dû à
l'évaporation de l'eau contenue dans le béton et, à une
moindre échelle, à la poursuite de l'hydratation du liant, toutes
causes qui ont pour effet de réduire l'hygrométrie des pores du
béton.
Pour l'ingénieur, le retrait est une déformation
différée se produisant en l'absence de charge. Il croît
avec le temps pour tendre, après quelques années, vers une limite
qui dépend notamment de la composition du béton, des dosages en
ciment et en eau, de l'épaisseur des pièces et de
l'humidité relative de l'atmosphère environnante.
v Fluage : la déformation
d'un élément en béton soumis à un chargement de
longue durée est la somme de la déformation dite
instantanée et de la déformation différée due au
fluage.
Déformation instantanée : c'est la
déformation qui se produit sous l'effet d'un chargement de courte
durée (jusqu'à quelques jours). Elle peut être
évaluée à partir de la valeur du module instantané
Ei.
Déformation différée : le chargement
étant maintenu constant, la déformation croît lentement,
à vitesse décroissante, jusqu'à atteindre, après
plusieurs années, sa valeur maximale qui est, en ordre de grandeur, le
double de celle de la déformation instantanée.
Le fluage du béton est ce processus continu de
déformation d'un élément sur lequel s'exerce une charge
constante ou variable. Il est fonction notamment des
caractéristiques du béton, de son âge lors du chargement,
de l'épaisseur de l'élément, de l'hygrométrie de
l'environnement et du temps. Le fluage est un phénomène complexe,
constaté mais encore mal compris.
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