Pression du béton lors du remplissage des parois préfabriquées

Après la mise en place des éléments des prémurs, l’espace creux entre les deux parois en béton doit être rempli de béton. Dans le cas des structures de soutènement utilisant des éléments de mur mono-parois l’espace entre le soutènement et les éléments de paroi doit également être rempli de béton frais. Ce béton exerce une pression sur les éléments de parois, appelée pression du béton frais. Lors de la conception des deux types d’éléments de parois, ainsi que lors du dimensionnement des étais en compression et en traction pour les parois unilatérales, la pression maximale prévue doit être prise en compte. Pour garantir la qualité du résultat final et assurer la sécurité sur le chantier, il est essentiel que cette pression ne soit pas dépassée pendant l’exécution. Dans cet article, nous vous donnons un aperçu des facteurs qui influencent la pression du béton frais.

Dans les murs étroits, la formation de ponts réduit la pression horizontale du béton frais exercée sur les parois en béton par rapport à la pression hydrostatique. Par formation de ponts, on entend le phénomène où les granulats grossiers se « bloquent » entre les barres d’armature ou entre les éléments de paroi et l’armature, ce qui empêche la transmission complète de la pression du béton vers les couches inférieures. La fluidité du béton frais influence fortement la formation de ponts : plus le béton est fluide, plus le risque de formation de ponts est faible. À partir d’une largeur de 500 mm, la formation de ponts ne se produit plus. [1] [2] [3]

Dès que le béton frais atteint une certaine rigidité, la pression horizontale exercée sur les éléments de paroi n’augmente plus lors de la poursuite du coulage. Le moment où cela se produit dépend de la composition du béton, ainsi que de la température du béton et de l’environnement. Un béton dont la température est plus élevée commencera à durcir plus rapidement, ce qui entraînera une pression horizontale plus faible. À l’inverse, lorsque la température ambiante est basse, le durcissement du béton se fait plus lentement. En période hivernale, l’entrepreneur doit donc être particulièrement vigilant face au risque d’une pression horizontale trop élevée. Les adjuvants, tels que les superplastifiants, les retardateurs et les accélérateurs de prise, sont des substances qui modifient les propriétés du béton frais. Il est essentiel de connaître l’effet de ces adjuvants sur la maniabilité et le comportement de prise du béton. Les fillers ont eux aussi une influence sur la maniabilité et le processus de durcissement. Ces matériaux sont ajoutés au béton afin de compléter la quantité de fines présentes dans le mélange. Le comportement de prise du béton frais est également influencé par la nature et le type de ciment utilisés. [1] [2] [3] Les ciments Portland CEM I 52,5 N et R, par exemple, permettent un développement rapide de la résistance du béton, tandis qu’un ciment de haut fourneau CEM III/A 42,5 L entraîne un développement plus lent de la résistance. [4] La vitesse d’élévation influence également la pression horizontale du béton frais. Il s’agit de la vitesse à laquelle la surface de coulage du béton s’élève, exprimée en mètres par heure. Plus cette vitesse est élevée, moins le béton a de chance de durcir, ce qui entraîne une pression horizontale plus importante. [2]

La hauteur de chute du béton correspond à la distance entre l’extrémité de la goulotte de déchargement, le bas du cufa, l’extrémité du manchon en caoutchouc fixé sous le cufa ou l’extrémité du tuyau de la pompe à béton, et le niveau où le béton frais est déversé. Lorsque la hauteur de chute est importante, le béton exerce une pression supplémentaire sur la couche inférieure. Cette pression peut atteindre jusqu’à 10 kN/m². Si la hauteur de chute ne dépasse pas 2 mètres, cette pression supplémentaire est négligeable. [1] [2] [3] 
Selon la norme NBN B 15-400 [4] la hauteur de chute du béton ne doit pas dépasser 1 mètre, notamment afin d’éviter la ségrégation du béton frais et le déplacement des armatures. [5]

Il est impossible de prendre en compte avec précision tous les facteurs influençant la pression horizontale du béton frais. La vitesse d’élévation est l’un des facteurs les plus importants sur lesquels les ouvriers peuvent agir directement. Tous les autres facteurs sont, au moment du coulage, plus ou moins fixés et peuvent difficilement être modifiés. [2] 
Il existe des méthodes de calcul permettant d’estimer la pression horizontale maximale du béton frais ou la vitesse d’élévation admissible. Une norme intéressante à cet égard est la norme allemande DIN 18218 [6], qui repose sur une répartition bilinéaire de la pression. Dans la partie supérieure du mur, on considère une pression hydrostatique. À partir d’un certain point, la pression horizontale n’augmente plus vers le bas du mur en raison du comportement de prise du béton frais. (Fig. 1). Pour chaque classe de consistance, une formule est proposée afin de calculer la pression horizontale maximale du béton frais (σ_hk,max, exprimée en kN/m²) en fonction de la vitesse d’élévation (v, exprimée en m/h) et du temps de prise (t_E, exprimé en heures) du béton. Le temps de prise correspond à l’intervalle entre le moment de la fabrication du béton et le moment où celui-ci a durci.  Pour les classes de consistance S3 (F3) et S4(F4) (selon la norme NBN EN 206 [7]) les formules de la norme sont données dans la Formule 1 et la Formule 2. Ces formules permettent également de déterminer la vitesse d’élévation montée maximale admissible en fonction de la pression horizontale maximale du béton frais et du temps de prise.

Classe de consistance S3(F3):

σ_hk,max = (14.v + 18).(1 + 0,077.(t_E- 5))
(Formule 1)

Classe de consistance S4(F4):

σ_hk,max = (17.v + 17).(1 + 0,14.(t_E- 5))
(Formule 2)

Le temps de prise du béton frais peut être déterminé à l’aide de la méthode de Vicat, conformément à la norme NBN EN 480-2. [8] Comme alternative à cette méthode, on peut réaliser le test simple du sac de malaxage décrit dans la norme DIN 18218. Lors de ce test, le béton frais est placé dans un sac en plastique, puis toutes les 30 minutes, on teste sa compressibilité en appliquant une pression avec le pouce, jusqu’au moment où le béton ne peut plus être comprimé de plus de 1 mm. Le temps écoulé à ce moment-là, multiplié par 1,25, donne une estimation approximative du temps de prise du béton. Cependant, cette méthode est peu scientifique et les résultats peuvent présenter une grande variabilité.[6] [3] Pour avoir une idée de la variabilité des résultats, il est recommandé d’effectuer le test à plusieurs reprises, toujours par la même personne et dans des conditions identiques. La moyenne des résultats obtenus peut alors être considérée comme une estimation raisonnable du temps de prise. La norme DIN 18218 [6] fournit également des valeurs indicatives pour le temps de prise du béton frais en fonction du développement théorique de la résistance du béton et de la température du béton frais, présentées dans le Tableau 1. Le développement de la résistance dépend du type de ciment utilisé et peut être trouvé dans la norme NBN B 15-400 [4] (voir Tableau 2). Les vitesses d’élévation calculées sur la base de ces données sont reprises dans le Tableau 3, pour une pression maximale du béton frais de 25 kN/m² et 30 kN/m², et pour les classes de consistance S3 (F3) et S4 (F4). Une pression horizontale maximale du béton frais de 30 kN/m² est généralement utilisée comme valeur de référence par les fabricants d’éléments de murs préfabriqués.

Si la température du béton frais au moment de la mise en place est inférieure à celle mesurée lors de la détermination du temps de prise, la pression horizontale du béton frais sera plus élevée. Chaque écart de 1 °C entraîne une augmentation de 3 % de la pression horizontale, à vitesse de montée constante. Pour ne pas dépasser la pression maximale admissible, la vitesse d’élévation peut être réduite d’environ 7 % par degré de différence de température. [6] En concertation avec la centrale à béton, on peut également envisager d’ajouter un accélérateur de prise, d’augmenter la teneur en ciment, ou d’utiliser un ciment à prise rapide. Cela permet de maintenir la même vitesse de montée. La température ambiante influence elle aussi la pression horizontale. Si la température ambiante ou celle des éléments de paroi est inférieure à celle du béton frais, il existe un risque que la température du béton baisse pendant la prise. Dans ce cas, il est également conseillé de réduire la vitesse d’élévation, comme mentionné ci-dessus, ou d’ajuster la composition du béton en concertation avec la centrale à béton. [6] Cependant, adapter la composition du béton n’est pas une tâche aisée. Certains fabricants d’éléments de murs préfabriqués apportent un soutien à l’entrepreneur et à la centrale à béton pour préparer et réaliser le coulage dans des conditions optimales.

Lorsque du béton autoplaçant est pompé par le bas dans des prémurs, le béton frais doit rester suffisamment fluide jusqu’à ce que les éléments soient remplis jusqu’au sommet. Cela implique qu’il faut tenir compte d’une pression hydrostatique du béton frais. [2] [6] Pour pouvoir remplir d’un seul coup des murs de 3 mètres de hauteur, ceux-ci doivent être conçus pour résister à une pression hydrostatique de 72 kN/m². [BHE]