Analyse et Contrôle de l'Affaissement du Béton

Comprendre l'Essai d'Affaissement au Cône d'Abrams

L'essai d'affaissement au cône d'Abrams (ou "slump test") est une méthode empirique largement utilisée pour mesurer la consistance et l'ouvrabilité du béton frais. Il permet d'évaluer indirectement la quantité d'eau dans le mélange et de s'assurer que le béton est adapté à sa mise en place (coulage, pompage, vibration). Un affaissement correct est crucial pour garantir que le béton pourra être mis en œuvre correctement sans ségrégation excessive et qu'il atteindra les performances mécaniques et de durabilité attendues une fois durci. Cet exercice se concentre sur la réalisation de l'essai, l'interprétation des résultats et les actions correctives possibles.

Données de l'étude

Un essai d'affaissement est réalisé sur un béton de type C25/30 destiné à la réalisation de fondations superficielles.

Caractéristiques de l'essai et du béton :

Dimensions du cône d'Abrams normalisé :
- Hauteur totale du cône (\(H_{\text{cône}}\)) : \(300 \, \text{mm}\)
- Diamètre de la base inférieure : \(200 \, \text{mm}\)
- Diamètre de la base supérieure : \(100 \, \text{mm}\)
Résultat de l'essai : Après démoulage du cône, la hauteur du béton affaissé, mesurée depuis le sommet de la tige de piquage (placée horizontalement sur le cône retourné à côté du béton) jusqu'au point le plus haut du béton affaissé, est de \(S_{\text{mesuré}} = 120 \, \text{mm}\).
Classe d'affaissement visée pour ce type d'ouvrage (fondations) : S3 (affaissement de \(100 \, \text{mm}\) à \(150 \, \text{mm}\)).

Schéma : Essai d'Affaissement au Cône d'Abrams

Illustration de l'essai d'affaissement au cône d'Abrams.

Questions à traiter

Quelle est la valeur de l'affaissement (\(S\)) du béton testé, en millimètres ?
Comparer l'affaissement mesuré à la classe d'affaissement visée S3 (\(100 \, \text{mm}\) à \(150 \, \text{mm}\)). Le béton est-il conforme pour l'usage prévu ?
Décrire brièvement les trois principaux types d'affaissement que l'on peut observer et indiquer lequel correspond probablement au résultat obtenu si la forme est régulière.
Citer au moins quatre facteurs influençant l'affaissement du béton frais.
Si l'affaissement mesuré était de \(60 \, \text{mm}\) (trop faible), quelles actions correctives pourraient être envisagées sur chantier (avant coulage) ou pour les gâchées suivantes, tout en maintenant la qualité du béton ?
Si l'affaissement mesuré était de \(180 \, \text{mm}\) (trop élevé), quelles seraient les conséquences potentielles sur le béton durci et quelles mesures prendre ?

Correction : Analyse et Contrôle de l’Affaissement du Béton

Question 1 : Valeur de l'affaissement (\(S\))

Principe :

L'affaissement est la différence entre la hauteur initiale du béton dans le cône (qui est la hauteur du cône lui-même) et la hauteur du béton après démoulage et tassement, mesurée au point le plus haut du cône de béton affaissé.

Dans cet énoncé, \(S_{\text{mesuré}}\) est directement la valeur de l'affaissement.

Données spécifiques :

Affaissement mesuré (\(S_{\text{mesuré}}\)) : \(120 \, \text{mm}\)

Calcul :

La valeur de l'affaissement est directement donnée par la mesure.

S = S_{\text{mesuré}} = 120 \, \text{mm}

Résultat Question 1 : La valeur de l'affaissement du béton testé est \(S = 120 \, \text{mm}\).

Question 2 : Conformité du béton

Principe :

Comparer la valeur de l'affaissement mesuré avec la plage de la classe d'affaissement S3 spécifiée.

Données spécifiques :

Affaissement mesuré (\(S\)) : \(120 \, \text{mm}\)
Classe d'affaissement S3 visée : plage de \(100 \, \text{mm}\) à \(150 \, \text{mm}\)

Comparaison :

L'affaissement mesuré est de \(120 \, \text{mm}\).

La plage de la classe S3 est \([100 \, \text{mm} ; 150 \, \text{mm}]\).

Puisque \(100 \, \text{mm} \leq 120 \, \text{mm} \leq 150 \, \text{mm}\), l'affaissement mesuré se situe bien dans la plage de la classe S3.

Résultat Question 2 : Oui, le béton est conforme pour l'usage prévu car son affaissement de \(120 \, \text{mm}\) est dans la plage de la classe S3 (\(100-150 \, \text{mm}\)).

Question 3 : Types d'affaissement

Principe :

L'essai d'affaissement peut révéler différents comportements du béton frais, qui sont classifiés en types d'affaissement.

Description des types :

Affaissement normal (ou vrai affaissement) : Le béton s'affaisse uniformément sur lui-même, en conservant globalement sa forme conique initiale mais avec une hauteur réduite. C'est le type d'affaissement recherché et celui qui permet une mesure valide.
Affaissement par cisaillement : Une partie du cône de béton glisse latéralement par rapport à l'autre. L'essai est généralement considéré comme non valide et doit être refait sur un autre prélèvement. Si le phénomène persiste, cela peut indiquer un manque de cohésion du béton.
Effondrement (ou affaissement par écroulement) : Le béton s'étale complètement ou s'effondre de manière désordonnée. Cela indique un béton très fluide, souvent trop mouillé ou manquant de cohésion. L'essai n'est pas mesurable en termes d'affaissement conventionnel et le béton est généralement non conforme.

Si la forme du béton affaissé est régulière avec une mesure de \(120 \, \text{mm}\), il s'agit très probablement d'un affaissement normal.

Résultat Question 3 : Les trois principaux types sont l'affaissement normal, l'affaissement par cisaillement et l'effondrement. Un affaissement de \(120 \, \text{mm}\) avec une forme régulière correspond à un affaissement normal.

Quiz Intermédiaire 1 : Quel type d'affaissement est généralement recherché pour valider l'essai ?

Affaissement normal.
Affaissement par cisaillement.
Effondrement.
Aucun affaissement.

Question 4 : Facteurs influençant l'affaissement

Principe :

De nombreux paramètres de la formulation du béton et des conditions environnementales peuvent affecter son ouvrabilité et donc son affaissement.

Facteurs principaux :

Teneur en eau : C'est le facteur le plus influent. Une augmentation de la quantité d'eau augmente l'affaissement (rend le béton plus fluide).
Dosage en ciment et type de ciment : Un dosage plus élevé en ciment ou l'utilisation de ciments plus fins peuvent influencer la demande en eau et donc l'affaissement.
Granulométrie et forme des granulats : Des granulats bien gradués et de forme arrondie favorisent une meilleure ouvrabilité et peuvent réduire la demande en eau pour un affaissement donné, par rapport à des granulats anguleux ou mal gradués. La quantité de fines (< 0.125 mm) joue aussi un rôle important.
Utilisation d'adjuvants : Les plastifiants et superplastifiants augmentent l'affaissement sans ajout d'eau supplémentaire. Les entraîneurs d'air peuvent également modifier la consistance.
Température : Une température ambiante ou du béton plus élevée tend à réduire l'affaissement (le béton devient plus "raide" plus rapidement) en accélérant l'hydratation du ciment et l'évaporation de l'eau.
Temps écoulé depuis le malaxage : L'affaissement tend à diminuer avec le temps en raison de l'hydratation du ciment et de la perte d'eau (phénomène de "perte d'ouvrabilité").

Résultat Question 4 : Quatre facteurs influençant l'affaissement sont : la teneur en eau, le dosage et type de ciment, la granulométrie et forme des granulats, et l'utilisation d'adjuvants. (La température et le temps sont aussi importants).

Question 5 : Actions correctives pour un affaissement trop faible (\(60 \, \text{mm}\))

Principe :

Un affaissement de \(60 \, \text{mm}\) (classe S2) est inférieur à la cible S3 (\(100-150 \, \text{mm}\)), indiquant un béton potentiellement trop sec ou trop raide pour l'application prévue (fondations).

Actions correctives possibles :

Sur chantier (avant coulage, pour la gâchée concernée) :
- Vérifier si l'affaissement mesuré est réellement représentatif (refaire l'essai).
- Si l'ajout d'un adjuvant (superplastifiant) est prévu dans la formulation et autorisé par le cahier des charges, un ajout contrôlé sur chantier (selon les préconisations du fabricant et sous supervision) peut être effectué pour augmenter l'ouvrabilité sans altérer significativement le rapport Eau/Ciment.
- L'ajout d'eau sur chantier est fortement déconseillé car il modifie le rapport E/C et affecte négativement la résistance et la durabilité du béton. Si cela est inévitable et exceptionnel, cela doit être fait avec une extrême prudence, en mesurant précisément la quantité d'eau ajoutée, et en s'assurant que le rapport E/C maximal n'est pas dépassé. Cette pratique doit être validée par l'ingénieur responsable.
Pour les gâchées suivantes :
- Vérifier et ajuster la formulation du béton à la centrale : augmenter légèrement la teneur en eau (tout en respectant le rapport E/C maximal) ou le dosage en superplastifiant.
- Vérifier l'humidité des granulats, car des granulats trop secs peuvent absorber une partie de l'eau de gâchage.
- S'assurer que le temps de transport et d'attente sur chantier n'est pas excessif.

Résultat Question 5 : Pour un affaissement de \(60 \, \text{mm}\), on pourrait envisager un ajout contrôlé de superplastifiant (si permis) ou, pour les gâchées suivantes, ajuster la formulation (teneur en eau, adjuvant) à la centrale. L'ajout d'eau sur chantier est à proscrire autant que possible.

Question 6 : Conséquences et mesures pour un affaissement trop élevé (\(180 \, \text{mm}\))

Principe :

Un affaissement de \(180 \, \text{mm}\) (classe S4) est supérieur à la cible S3 (\(100-150 \, \text{mm}\)), indiquant un béton trop fluide.

Conséquences potentielles :

Ségrégation : Les composants du béton (granulats, pâte de ciment) peuvent se séparer, les plus gros granulats tendant à descendre et la laitance à remonter. Cela conduit à un béton non homogène et affaibli.
Ressuage excessif : Remontée d'une quantité importante d'eau de gâchage à la surface du béton, ce qui peut créer une couche de surface fragile et augmenter la porosité.
Diminution de la résistance mécanique : Un excès d'eau (rapport E/C élevé) conduit généralement à une résistance à la compression plus faible du béton durci.
Augmentation du retrait : Le retrait plastique et de séchage peut être plus important, augmentant le risque de fissuration.
Diminution de la durabilité : Une porosité accrue peut faciliter la pénétration d'agents agressifs (chlorures, sulfates, CO2), réduisant la durée de vie de l'ouvrage.
Difficultés de mise en place : Pour certains ouvrages (pentes, coffrages complexes), un béton trop fluide peut être difficile à contenir ou à mettre en forme.

Mesures à prendre :

Refuser la gâchée : Si l'affaissement est significativement hors tolérances et ne peut être corrigé de manière fiable, la gâchée de béton doit être refusée.
Vérification de la cause : Investiguer la raison de cet affaissement excessif (erreur de dosage en eau ou en adjuvant à la centrale, problème de transport, etc.).
Ajustement pour les gâchées suivantes : Corriger la formulation du béton à la centrale en réduisant la teneur en eau ou le dosage de l'adjuvant fluidifiant.
Pas d'ajout de ciment sec sur chantier : Tenter de "rattraper" un béton trop fluide en ajoutant du ciment sec sur chantier est une mauvaise pratique qui ne garantit pas l'homogénéité et la qualité.

Résultat Question 6 : Un affaissement de \(180 \, \text{mm}\) peut entraîner ségrégation, ressuage, baisse de résistance et de durabilité. La gâchée devrait être refusée et la formulation corrigée pour les suivantes.

Quiz Intermédiaire 2 : L'ajout excessif d'eau au béton sur chantier a principalement pour conséquence :

D'augmenter sa résistance.
De réduire son affaissement.
De diminuer sa résistance et sa durabilité.
D'améliorer sa cohésion.

Glossaire

Affaissement (Slump): Mesure de la consistance du béton frais, déterminée par l'essai au cône d'Abrams. Il indique l'ouvrabilité du béton.
Cône d'Abrams: Moule tronconique normalisé utilisé pour réaliser l'essai d'affaissement du béton.
Ouvrabilité: Facilité avec laquelle le béton frais peut être mis en place, compacté et fini sans ségrégation.
Consistance: Propriété du béton frais décrivant sa fluidité ou sa raideur. L'affaissement est un indicateur de la consistance.
Ségrégation: Séparation des différents constituants d'un mélange hétérogène comme le béton (ex: séparation des gros granulats de la pâte de ciment).
Ressuage: Phénomène de remontée d'une partie de l'eau de gâchage à la surface du béton frais, après sa mise en place et avant sa prise.
Adjuvant: Produit ajouté au béton en faible quantité pour modifier certaines de ses propriétés à l'état frais (ex: ouvrabilité avec un plastifiant) ou durci (ex: résistance avec un réducteur d'eau).
Rapport Eau/Ciment (E/C): Rapport massique entre la quantité d'eau efficace et la quantité de ciment dans un béton. C'est un facteur clé influençant la résistance et la durabilité du béton.