6.6 maturométrie

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6.6 maturométrie

  1. 1. MATUROMÉTRIE MATUROMÉTRIE Module 6.6 (7/11) 1
  2. 2. MATUROMÉTRIE  La MATUROMETRIE permet d’évaluer et de prévoir la résistance instantanée d’un béton au jeune âge, en temps réel, à partir du suivi de la température du béton au cours de son durcissement.  Le suivi de la température permet :  de déterminer par calcul le degré d’avancement des réactions d’hydratation correspondant au durcissement du béton  de connaître l’ « état de mûrissement » du béton 2
  3. 3. MATUROMÉTRIE • Guide technique LCPC Résistance du béton dans l’ouvrage La maturométrie 3
  4. 4. MATUROMÉTRIE  Réalisation d’éprouvettes d’information  Conservation des éprouvettes dans des conditions climatiques proches de celles de l’ouvrage  Mesure de la résistance en laboratoire PROBLÈMES  Différences des conditions de mûrissement avec celles de l’ouvrage  Écart sensible sur éléments de forte épaisseur  Influence déterminante de la température MÉTHODE CLASSIQUE POUR ÉVALUER LA RÉSISTANCE D’UN BÉTON AU JEUNE ÂGE 4
  5. 5. MATUROMÉTRIE La MATUROMÉTRIE permet d’évaluer la résistance d’un béton à partir d’une courbe de référence et de la connaissance d’un historique de température. INTÉRÊT DE LA MATUROMÉTRIE  Bonne représentativité des résistances du béton au jeune âge (informations quasi instantanées) dans les différentes parties de l’ouvrage (zones critiques de l’ouvrage)  Evaluation de la résistance ciblée, localisée (in situ : sondes positionnées dans chaque partie stratégique de l’ouvrage)  Meilleure gestion des opérations de décoffrage  Meilleure gestion des mises en précontrainte  Meilleure gestion de la maturation des éléments préfabriqués  Meilleure maîtrise de l’aspect et de l’esthétique des parements par décoffrage à maturité constante  Optimisation des durées des cycles de production 5
  6. 6. MATUROMÉTRIE CONCEPT DE MATURITÉ  Le concept de « maturité » permet de traduire l’état de mûrissement du béton en intégrant les effets couplés :  de la température  du temps sur la cinétique de mûrissement du béton. Le concept est basé sur la notion « d’âge équivalent » et sur la « loi d’Arrhénius ». Deux bétons de même composition ayant la même valeur de maturité auront la même résistance , quelle que soit l’histoire des températures ayant conduit à cette valeur de maturité. 6
  7. 7. MATUROMÉTRIE CONCEPT D’ÂGE ÉQUIVALENT  L’âge équivalent correspond au temps durant lequel le béton doit être maintenu à une température de référence (20°C) afin d’obtenir la même valeur de maturité et donc la même résistance que dans les conditions réelles dans l’ouvrage. Exemple :  Coefficient d’activation E/R = 4000 K  Un mûrissement d’une heure à 40°C correspond à un mûrissement de 2h30 à 20°C.  Âge équivalent : 2h30 Nota : le coefficient d’activation E/R est une constante propre à chaque béton qui doit être déterminé par des essais en laboratoire 7
  8. 8. MATUROMÉTRIE HYPOTHESES DE BASE DE LA MATUROMÉTRIE La résistance d’un béton au jeune âge ne dépend que de son histoire thermique :  Loi d’Arrhénius : La réaction d’hydratation du ciment est une réaction chimique qui obéit à la loi d’Arrhénius reliant la vitesse de la réaction chimique à la température du béton. L’application de la loi d’Arrhénius permet de transformer un historique de température quelconque en une valeur de maturité, de laquelle on peut déduire la résistance mécanique.  Loi de Saul : Deux bétons de même composition, ayant même valeur de maturité, ont la même résistance ou le même dégagement de chaleur, quelle que soit l’histoire de température ayant conduit à cette valeur de maturité. Corrélation entre : • La quantité de chaleur dégagée par un béton au jeune âge • Ses propriétés mécaniques à court terme 8
  9. 9. MATUROMÉTRIE LOI D’ARRHÉNIUS  Loi d’Arrhénius 𝐾 𝑇 = 𝐴𝑒𝑥𝑝 − 𝐸𝑎 𝑅𝑇 Avec A : constante de proportionnalité (1/s) R : constante des gaz parfaits (8,314 J/mol K) Ea : énergie d’activation apparente (J/mol) T : température du béton Nota : la vitesse des réactions chimiques d’hydratation (nombre d’hydrates formés par unité de temps) est pilotée par une loi exponentielle de la température. 9
  10. 10. MATUROMÉTRIE PRINCIPE DE LA MATUROMÉTRIE  Le principe consiste à évaluer en temps réel l’évolution thermique et mécanique du béton dans l’ouvrage en cours de réalisation. Il permet d’intégrer l’ensemble des facteurs influençant cette évolution :  Composition du béton, géométrie de l’ouvrage, nature du coffrage  Isolation ou chauffage du béton, température initiale du béton frais  Effets couplés de la température et du temps sur la cinétique de mûrissement du béton.  L’utilisation de la maturométrie en différents points de l’ouvrage consiste à :  Déterminer une courbe de référence du béton  Mesurer les variations de température en différents points de l’ouvrage  Transformer ces enregistrements en résistance mécanique réelle dans l’ouvrage. 10
  11. 11. MATUROMÉTRIE MÉTHODOLOGIE  Détermination de l’énergie d’activation apparente Ea qui traduit la sensibilité du béton à la température et qui est fonction du ciment, du rapport E/C, des additions et des adjuvants.  Méthode des vitesses  Méthode de superposition  Méthode globale  Courbe de référence du béton : évolution de la résistance en compression en fonction du temps de mûrissement pour une température constante de 20°C  Détermination de l’âge équivalent : à partir de l’histoire réelle de température suivie par le béton dans l’ouvrage  Détermination de la courbe d’étalonnage Un béton est caractérisé par son énergie d’activation apparente (Ea) et sa courbe d’étalonnage. 11
  12. 12. MATUROMÉTRIE COURBE D’ETALONNAGE  Détermination de l’évolution de la résistance du béton pour une histoire thermique connue  Transformation pour chaque échéance de mesure de la résistance, de l’âge réel du béton en âge équivalent à 20°C grâce à la loi d’Arrhénius  La courbe d’étalonnage est la courbe donnant la résistance du béton en fonction de l’âge équivalent à 20°C. 12
  13. 13. MATUROMÉTRIE CONDITIONS PREALABLES  Bonnes maîtrise de la régularité de fabrication et de mise en œuvre du béton  Suivi des variations des caractéristiques mécaniques du béton au jeune âge Le béton mis en œuvre dans l’ouvrage doit être le même que le béton ayant fait l’objet de l’étalonnage. Nota : Plage d’utilisation de la maturométrie 5 MPa à 𝒇 𝒄𝟐𝟖 𝟐  Détermination des points critiques dans l’ouvrage pour le positionnement adapté des sondes : en général réalisé par le bureau d’études structures 13
  14. 14. MATUROMÉTRIE MATÉRIEL NÉCESSAIRE  Le MATUROMÈTRE qui permet de :  Mesurer les températures dans le béton • Sondes de température • Câbles thermocouplés  Stocker les mesures : températures et échéances  Effectuer les calculs : • Âge équivalent • Résistance mécanique du béton 14
  15. 15. MATUROMÉTRIE  Opérations de décoffrage : décoffrage dès que la résistance du béton est suffisante ou décoffrage à même maturité  Mise en tension des câbles de précontrainte : mise en précontrainte dès que la résistance suffisante est atteinte  Manutention des éléments préfabriqués => GAIN DE TEMPS POUR L’ENTREPRISE/OPTIMISATION DE CYCLES DE FABRICATION • Opérations qui nécessitent une mesure fiable de la résistance du béton dans l’ouvrage pour optimiser les durées des cycles de production DOMAINE D’UTILISATION DE LA MATUROMÉTRIE • Suivi de contrôle  De la régularité des productions de béton  Des gradients thermiques dans l’ouvrage : détermination des risques de fissuration dus aux gradients thermiques sous le dégagement de chaleur généré par l’hydratation du ciment  EXIGENCES DE QUALITÉ DES PAREMENTS DURABILITÉ DE L’OUVRAGE 15

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