Vibrer du béton s’opère en phase de finition dans le but d’en optimiser la qualité.
La vibration permet d’extirper les bulles d’air résiduelles, mais aussi le contenu en eau et en laitance du béton.
Le rôle de la vibration
Globalement la vibration appliquée au béton frais a pour fonction de favoriser l’arrangement des grains constituants le béton. Son rôle est double :
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la facilité de mise en place : remplissage des moules, enrobage des armatures;
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le béton obtenu présente une compacité plus forte, avec moins de vides d’air (effets de serrage).
De cette façon , il est possible de faire des bétons avec un taux d’eau de gâchage plus faible. De sorte que leur porosité diminue tout en accroissant leurs caractéristiques mécaniques. Dans le but d’améliorer leur durabilité et leur aspect de surface.
Vibrer du béton et ses effets
Vibrer du béton frais
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Amélioration de la maniabilité
La vibration a pour effet d’améliorer la viscosité du béton; il y a donc tout intérêt à réduire l’eau de gâchage, (par exemple en utilisant un adjuvant) dont une partie importante n’est pas nécessaire à l’hydratation du ciment, mais sert uniquement à rendre le béton plus plastique.
Une vibration adaptée permet donc la mise en place efficace de bétons fermes contenant peu d’eau et, qui, une fois durcis, ont l’avantage d’avoir une faible porosité.
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Expulsion de l’air
L’abaissement des forces de frottement (effet de liquéfaction du béton) rend prédominantes les forces de gravité. L’air, qui a une densité très faible par rapport à celle du milieu environnant, se trouve par contre soumis à une force ascensionnelle importante, qui tend à le faire remonter à la surface.
Ce phénomène est nettement visible lors de la vibration. L’arrêt du dégagement d’air marque le moment où la vibration n’a plus d’effet sur le serrage du béton et peut même devenir néfaste en provoquant la ségrégation des granulats plus lourds par rapport à la laitance de ciment plus légère.
Ce phénomène se trouve inversé avec les granulats légers qu’un excès de vibration peut faire remonter à la surface.
Vibrer du béton durci
Les effets de la vibration sur le béton frais se traduisent, pour le béton durci, par des caractéristiques améliorées :
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une porosité réduite par l’effet cumulé du serrage, du départ de l’air et de la réduction d’eau nécessaire pour assurer la maniabilité du béton;
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une homogénéité améliorée par une vibration transmise à la totalité de sa masse;
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un enrobage efficace des armatures.
Vibrer du béton en fonction de paramètres
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Énergie
L’énergie transmise au béton par le vibrateur est proportionnelle à la masse du balourd en rotation, à son excentricité et au carré de sa vitesse. Elle caractérise l’efficacité d’un appareil et doit être la plus élevée possible, tout en restant compatible avec la taille du vibrateur.
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Fréquence
La fréquence optimale varie suivant la taille des granulats. Une fréquence basse (environ 10000 vib./mn) favorise la vibration des gros granulats, une fréquence élevée (environ 20000 vib./mn) celle des éléments plus fins. Seule exception : Les vibrateurs externes électriques fixés à des coffrages opèrent à la fréquence de 3000 vib./mn à 6000 vib./mn, voire 9000 vib./mn pour des applications très spécifiques.
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Amplitude
C’est un paramètre qui détermine en particulier le déplacement des constituants du béton durant une demi-vibration, mais sa mesure est délicate.
On peut cependant dire qu’une trop forte amplitude favorise la ségrégation, surtout avec un béton mou. On a donc intérêt à la limiter et à privilégier l’augmentation de la fréquence. -
Durée
La durée de vibration est importante, car si elle est trop courte, le béton est insuffisamment serré, si elle est trop longue, elle peut entraîner une ségrégation de ses constituants.
Les effets de la vibration en fonction du temps se caractérisent par une action rapide qui diminue très vite, une fois obtenus l’arrangement des grains et l’expulsion de l’air.
À titre indicatif, les temps nécessaires à la vibration d’un volume de béton (en pervibration, c’est-à-dire le temps où l’aiguille est laissée au même emplacement) sont de l’ordre de :-
5 secondes pour les bétons mous;
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20 secondes pour les bétons plastiques;
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1 minute pour les bétons fermes.
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Les matériels de vibration
Les matériels de vibration se répartissent en deux catégories principales:
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ceux qui fournissent une vibration interne au béton (ou pervibration) – le vibrateur agit directement au sein du béton;
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ceux qui apportent une vibration externe – le vibrateur agit sur le béton par l’intermédiaire d’un coffrage ou d’une poutre.
Les vibreurs internes
Simples et efficaces, couramment utilisés sur chantier, ils sont appelés aiguilles vibrantes et sont constitués par un tube métallique dans lequel la rotation d’une masselotte excentrée produit la vibration.
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Energie
Différentes formes d’énergie sont utilisées qui conduisent à des conceptions différentes: pneumatique, électrique, thermique.
Le diamètre des aiguilles usuelles varie de 25 à 100 mm. Leur fréquence est comprise entre 10000 et 20000 vib./mn. -
Aiguilles
Indépendamment du fait qu’une aiguille doit être choisie en fonction de sa masse qui la rend plus ou moins manœuvrable et d’un diamètre compatible avec l’espacement des armatures entre lesquelles elle doit pouvoir facilement se positionner, les principaux critères de choix restent le volume du béton à vibrer et sa granulométrie.
Les aiguilles de 25 à 70 mm sont plutôt utilisées pour des volumes de béton n’excédant pas 10 m3 et dont le diamètre des plus gros granulats est inférieur à 25 mm.
Les aiguilles de plus de 70 mm sont utilisées pour des volumes de 10 à 30 m3 de béton avec de fortes granulométries.
Les vibreurs externes
Nous traitons le sujet des tables vibrantes de manière plus spécifique dans notre ouvrage relatif à la préfabrication. Sont utilisés sur les chantiers, les vibrateurs de coffrages et les vibrateurs de surface.
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Les vibreurs de coffrages
De même que les aiguilles, les vibrateurs de coffrages utilisent le principe de la vibration produite par la rotation d’une masselotte excentrée. Fixés sur les coffrages, les vibrateurs imposent que ceux-ci soient suffisamment lourds et rigides pour ne pas se déformer et transmettre la vibration de façon homogène.
La fréquence de vibration des vibrateurs électriques est le plus souvent de 3000 ou 6000 vib./mn. Les vibrateurs pneumatiques atteignent des fréquences plus élevées: entre 10000 et 15000 vib./mn. La profondeur de béton intéressée par la vibration ne dépassant pas généralement 20 à 25 cm, ce type de vibrateur est réservé à des pièces d’épaisseur moyenne: murs, voiles, poteaux, poutres.
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Les vibreurs de béton de surface
Les vibrateurs de surface permettent de transmettre la vibration à partir d’une règle ou d’une poutre déplacée sur la surface du béton.
Le vibrateur est fixé sur la règle qui doit présenter une rigidité et une inertie suffisantes.
Ce type de vibration est réservé aux dalles, aux voiries en béton et, de façon générale, à tout élément horizontal de faible épaisseur (15 à 20 cm au maximum).
Vibrer du béton efficacement
Les règles de bonne pratique concernent essentiellement le temps de vibration et les emplacements des vibrateurs et leurs fréquences.
Le temps de vibration lié à la nature du béton (granulométrie, consistance), au volume à vibrer, à la densité de ferraillage, varie également en fonction du type de vibrateurs et de leur puissance.
Certains indices permettent d’apprécier le moment requis pour arrêter la vibration :
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le béton cesse de se tasser ;
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le dégagement de bulles d’air s’arrête ;
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la laitance apparaît en surface.
La vibration interne
L’emploi des aiguilles vibrantes requiert quelques précautions :
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vibrer des couches successives ne dépassant pas 40 à 50 cm d’épaisseur et, en tout état de cause, d’épaisseur inférieure à la longueur de l’aiguille vibrante utilisée ;
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faire pénétrer l’aiguille dans la couche sousjacente sur environ 10 cm ;
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laisser l’aiguille s’enfoncer sous son propre poids et, lors de sa sortie du béton, laisser la cavité se refermer ;
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éviter de s’approcher des armatures et du coffrage, ce qui risquerait de provoquer des parements d’aspect hétérogène ;
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déplacer l’aiguille tous les 30 à 50 cm (soit environ 1,5 fois son rayon d’action) pour les aiguilles courantes de 50 à 75 mm de diamètre.
La vibration externe
L’emplacement des vibrateurs et le temps de vibration sont plus délicats à déterminer, car les paramètres sont nombreux: la nature du moule ou du coffrage, la forme de la pièce, le volume du béton et sa composition. L’expérience, des essais préalables, ainsi que l’assistance des fabricants de vibrateurs sont le plus souvent nécessaires pour obtenir les meilleurs résultats.
Vibrer du béton uniformément
La vibration est un moyen efficace de mise en place du béton. Vibrer du béton permet de limiter sa teneur en eau et d’augmenter ses caractéristiques finales par diminution de la porosité.
Pour obtenir un bon béton, il faut premièrement un mélange bien formulé. Deuxièmement, d’adapter la vibration à la composition du béton et aux caractéristiques de l’ouvrage. Nous pouvons vous conseiller sur le choix du matériel adapté à votre application vibrante. « Infociments » est une plateforme dédiée à la connaissance du ciment et béton si vous souhaitez approfondir vos recherches en la matière.
Enfin, la vibration s’applique à la totalité du volume de béton et d’une manière uniforme. Sans cela, vous risquez d’entraîner des hétérogénéités. Celles-ci nuisent tant au niveau de la porosité et de l’enrobage des armatures qu’au niveau de l’aspect du parement.
