Béton
Béton est un terme générique qui désigne un matériau de construction composite fabriqué à partir de granulats (sable, graves) agglomérés par un liant.
Le liant peut être « hydraulique » (car il fait prise par hydratation ; ce liant est couramment appelé ciment) ; on obtient dans ce cas un béton de ciment. On peut aussi utiliser un liant hydrocarboné (bitume), ce qui conduit à la fabrication du béton bitumineux. Le coulis est un béton de ciment très fluide. Enfin, lorsque les granulats utilisés avec le liant hydraulique se réduisent à des sables, on parle alors de mortier.
Connu depuis le XIXe siècle, le béton de ciment est, à l'heure actuelle, le matériau de construction le plus utilisé.
La réaction chimique qui permet au béton de ciment de faire prise est lente : à peine 50% de la résistance mécanique finale au bout de 7 jours. La valeur prise comme référence dans les calculs de résistance est celle obtenue à 28 jours (80% de la résistance finale). Il est possible de modifier (accélérer ou, au contraire, retarder) la rapidité de prise en incorporant au béton frais des adjuvants (additifs) ou en utilisant un ciment Prompt (ciment Vicat). Il existe d'autres types d'adjuvants qui permettent de modifier certaines propriétés physico-chimiques des bétons. On peut, par exemple, augmenter la fluidité du béton pour faciliter sa mise en œuvre en utilisant des (plastifiants), le rendre hydrofuge (adjonction d'un liquide hydrofuge ou d'une résine polymère) ou limiter la quantité d'air incluse (entraineur d'air).
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Le matériau béton
Si un béton classique est constitué d'éléments de granulométrie décroissante, en commençant par les granulats, le spectre granulométrique se poursuit avec la poudre de ciment puis parfois avec un matériau de granulométrie encore plus fine comme une fumée de silice (récupérée au niveau des filtres electrostatiques dans l'industrie de l'acier). L'obtention d'un spectre granulométrique continu et étendu vers les faibles granulométries permet d'améliorer la compacité, donc les performances mécaniques.
L'eau a un double rôle d'hydratation de la poudre de ciment et de facilitateur de la mise en oeuvre. En l'absence d'adjuvant plastifiant, la quantité d'eau est déterminée par la condition de mise en oeuvre. Un béton contient donc une part important d'eau libre, ce qui conduit à une utilisation non optimale de la poudre de ciment. En ajoutant un plastifiant (appellé aussi réducteur d'eau), la quantité d'eau utilisée décroit et les performances mécaniques du matériau sont améliorées (BHP : béton hautes performances).
Les résistances mécaniques en compressions obtenues classiquement sont de l'ordre de:
- bétonnage sur chantier : 40 MPa
- bétonnage soigné en usine (préfabrication): 60 MPa
- béton HP : 100 à 200 MPa
- en laboratoire : 500 MPa
Formulation d'un béton
Le choix des proportions de chacun des constituants d'un béton afin d'obtenir les propriétés mécaniques et de mise en oeuvre souhaitées s'appelle la formulation.
Types particuliers de bétons
Béton armé
De façon intrinsèque, le béton de ciment présente une excellente résistance à la compression. En revanche, il a une faible résistance à la traction donc à la flexion. Aussi est-il nécessaire, lorsqu'un ouvrage en béton est prévu pour subir des sollicitations en traction ou en flexion (comme par exemple un plancher, un pont, une poutre...), d'y incorporer des armatures en acier destinées à s'opposer et à reprendre les contraintes qui pourraient mettre en péril la pérennité de l'ouvrage. Les armatures mises en œuvre peuvent être soit en acier doux soit en acier haute-adhérence (aciers tors). On parle alors de béton armé.
Béton pré-contraint
Parfois, les sollicitations prévisibles sont telles que l'élasticité propre de l'acier ne suffit pas à assurer la sécurité de l'ouvrage. Aussi, a-t-on recours à des techniques spécifiques d'armature conduisant au béton pré-contraint. Il s'agit de techniques inventées par Eugène Freyssinet en 1928, qui consistent à tendre (comme des ressorts) les aciers constituant les armatures du béton, et donc à comprimer, au repos, ce dernier. Ainsi, lorsque la structure est sollicitée, ces armatures s'allongent et le béton a tendance à se décompresser sans toutefois parvenir à se mettre en traction, puisqu'il était déjà en partie comprimé.
Selon que cette tension appliquée aux armatures est effectuée avant la prise complète du béton ou postérieurement à celle-ci, on distingue la précontrainte et la post-contrainte.
- Dans la pré-tension (le plus souvent utilisée en bâtiment),les armatures sont mises en tension avant la prise du béton. Elles sont ensuite relâchées, mettant ainsi le béton en compression par simple effet d'adhérence. Cette technique ne permet pas d'atteindre des valeurs de précontrainte aussi élevées.
- La post-tension consiste à disposer les câbles de précontrainte dans des gaines incorporées au béton. Aprés la prise du béton, les câbles sont tendus au moyen de vérins de manière à comprimer l'ouvrage au repos. Cette technique, relativement complexe, est généralement réservée aux grands ouvrages (ponts) puisqu'elle nécessite la mise en œuvre d'encombrantes « pièces d'about » (dispositifs mis en place de part et d'autre de l'ouvrage et permettant la mise en tension des câbles).
Autres techniques de renforcement
On peut améliorer la résistance mécanique (post-fissuration) du béton en y incorporant des fibres métalliques (dosages traditionnels de l'ordre de 20 à 60 kg/m³). L'incorporation de celles-ci dans le béton rend ce dernier davantage ductile (moins fragile). Différents types de fibre métallique peuvent être utilisés avec des propriétés spécifiques. C'est surtout le rapport entre la longueur et le diamètre des fibres (élancement) qui aura une influence sur les performances finales du béton fibré. Les fibres synthétiques ne garantissent quant à elles qu'une amélioration des performances au jeune âge du béton (limitation du retrait plastique). On obtient ainsi un « béton fibré », souvent mis en œuvre par projection (tunnels) ou couramment utilisé pour les dallages industriels par exemple. Une autre option est dite de « poudre réactive » à structure fractale : les grains qui le composent ont tous la même taille, et accessoirement la propriété de présenter la même forme à différentes échelles (fractale). L'organisation optimale des granulats au sein du béton lui octroie de meilleures propriétés mécaniques. Il s'agit toutefois d'une technique toujours au stade expérimental.
Béton bitumineux
Le béton bitumineux (aussi appelé enrobé bitumineux) utilise le bitume comme liant. Il constitue généralement la couche supérieure des chaussées (couche de roulement). Il est mis en œuvre à chaud (150° C environ) à l'aide de machines appelées « finisseurs » qui permettent de le répandre en couches d'épaisseur désirée. L'effet de « prise » apparaît dès le refroidissement, aussi est-il nécessaire de compacter le béton bitumineux avant refroidissement en le soumettant au passage répété des « rouleaux compacteurs ». Contrairement au béton de ciment, il est utilisable presque immédiatement après sa mise en œuvre.
Le bitume étant un dérivé pétrolier, le béton bitumineux est sensible aux hydrocarbures perdus par les automobiles. Dans les lieux exposés (stations services) on remplace le bitume par du goudron. Le tarmacadam des aérodromes est l'appellation commerciale d'un tel béton de goudron (rien à voir avec le macadam, dépourvu de liant).
Aspect et usages
Le béton peut être teinté dans la masse en y incorporant des pigments naturels ou des oxydes métalliques. Il peut aussi être traité à l'aide d'adjuvants pour être rendu hydrofuge (il devient alors étanche, empêchant les remontées capillaires). Son parement pouvant être lissé ou travaillé, le béton de ciment est parfois laissé apparent (brut de décoffrage) pour son esprit minimaliste, brut et moderne.
Le béton utilisé en revêtement de grandes surfaces (esplanades, places publiques...) est souvent désactivé : on procède en pulvérisant, à la surface du béton fraîchement posé, un produit désactivant qui neutralise sa prise. Un rinçage à haute pression permet alors, aprés élimination de la laitance, de faire apparaître, en surface, les divers gravillons constitutifs.
Moulé ou banché (c'est-à-dire coulé dans une banche : un moule démontable mis en place sur le chantier et démonté après la prise), le béton peut prendre toutes les formes. Cette technique a permis aux architectes de construire des bâtiments avec des formes courbes.
En technique routière, le béton extrudé, mis en œuvre à l'aide de coffrages glissants, permet de réaliser des murets de sécurité, des bordurages et des dispositifs de retenue sur des linéaires importants.
Voir aussi
- Matériau composite
- Faire du béton
- Auguste Perret, architecte ayant utilisé le béton comme matériau noble de construction, notamment à Amiens, au Havre ...