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Le logiciel BétonlabPro 2Bases scientifiques -
Principes de fonctionnement
François de Larrard, Thierry Sedran
Robert Le Roy, Laetitia d ’Aloia
Laboratoire Central des Ponts et Chaussées
Plan de l’exposé
• Que fait-il, d’où vient-il?• Fondements scientifiques• Essais spécifiques:
– compacité– demande en eau– dosages de saturation
• Démonstration• Conclusion• Questions/Réponses
Que fait-il ?
• Logiciel de formulation de béton et matériaux à base de ciment
• Contient une base de données « Constituants »
• Simulation (« Laboratoire électronique »): composition => propriétés
• Optimisation: propriétés => composition
D’où vient-il ?• Prédécesseurs:
– Bétonlab (F. de Larrard, D. Fau, 1993-96); logiciel pédagogique d’aide à la formulation
– René-LCPC (T.Sedran, F. de Larrard, 1994-1999); logiciel d ’optimisation granulaire
• BétonlabPro (T. Sedran, F. de Larrard) = logiciel professionnel (version 1: 1999, version 2: Juin 2000)
• Incorpore environ une quinzaine d’années de recherche dans le réseau des LPC (dont 6 thèses de doctorat + 2 en cours)
Fondements scientifiquesGénéralités
• Le nœud du problème: prévision de la relation composition <=> propriétés
• Composition décrite par– paramètres des constituants– proportions du béton (formulation)
• Relations exprimées par des modèles mathématiques semi-empiriques calibrés sur de nombreux essais (originaux ou tirés de la littérature)
• Modèle de base: le Modèle d’Empilement
Compressible (MEC)
• Calcule la compacité d’un mélange sec à
partir de la compacité des classes, des
proportions et de l ’énergie de mise en place
2 2
2 2 2
2
2
2
23
3
222
2
2
1
Effet dedesserrement
Effet de paroi dugranulat
2
2
Effet de paroi duconteneur
Par
oi
• Principe de remplissage, avec prise en
compte de
– l ’effet de paroi (dû aux grains et aux parois
extérieures : coffrage, armatures)
– l ’effet de desserrement
Propriétés du béton frais
• Deux modes de déformation principaux: le serrage et le cisaillement
• Indice de serrage K’ calculé
K ' fa ib le K ' fo r t
Cisaillement: mesuréau rhéomètreBTRHEOM
Z
Y
X
h
R1
r
R2
R2
Comportement en cisaillement
µ
.
= F/S
= v/hv/S
Fv
hS
Paramètres de cisaillement
0 seuil de cisaillement (lié à l ’affaissement au cône): calculé en fonction des paramètres granulaires
• µ viscosité plastique (indiquée par la vitesse d ’affaissement): calculé à partir de la compacité du mélange rapportée à la compacité à sec
Air occlus
• Calculé à partir– de l ’affaissement au cône– de la teneur en sable– de la teneur en adjuvants
Ciment Sable Gravillon
Chaleur d ’hydratation
• Calcul de l ’élévation de température maximale du béton isolé thermiquement
• Rôle primordial du ciment (nature, dosage, e/c)
• Rôle non négligeable des pouzzolanes
Propriétés du béton durci :résistance en compression
• Modèle calibré sur plus de 500 résultats
• Influence du– ciment: classe du ciment, rapport e/c+v– granulat: concentration dans le béton,
adhérence (p), résistance propre (q)– additions minérales pouzzolaniques (cendres,
fumées de silice): coefficients d’activité Kp– filler calcaire: finesse– âge (de 1 à 365 jours)
Résistance en traction
• Calculée à partir– de la résistance en compression– d ’un paramètre dépendant du granulat
Déformabilité(module, retrait, fluage)
CELLULE ELEMENTAIRE MATERIAU
Matrice
Granulat
Matrice
• Propriétés calculées en fonction des paramètres suivants:– module du granulat
– résistance en compression
– volume du granulat
– compacité à sec du granulat
– contribution des pouzzolanes à la résistance (fluage et retrait endogène)
Et la durabilité ?
• Evaluée au travers des critères de la norme NF P 18-305:– dosage en liant équivalent minimum– rapport eau/liant équivalent
• Liant équivalent calculé en fonction des dosages en ciment, cendre volante, fumée de silice, filler et en fonction de la classe d ’environnement
Optimisation
• L’utilisateur donne un cahier des charges:– contraintes (prescriptions de formulation,
performances)– critère d’optimisation (coût, dosage etc.)
• L’ordinateur optimise (module d ’optimisation non-linéaire)
• L’utilisateur teste (puis éventuellement ajuste) la formule
0 24 6
810
1214
1618
2050
54
58
66.056.16.156.26.256.36.356.4
6.456.5
K
% Aggr. 3/total aggr.% Aggr.1/total
aggr.
Mélangeinitial
Mélangefinal
Essais spécifiques:1) Compacité des granulats
• Mode opératoire proposé
• Campagne d’essais en cours au LCPC pour proposition d’un mode opératoire normalisable
2) Demande en eau des poudres
• Méthode de mesure de la compacité des poudres (liants, fines du sable)
• Essai très simple (ne nécessite qu ’un malaxeur à mortier
3) Dosage de saturation d’un adjuvant sur une poudre
• Permet de définir une plage d’utilisation de l’adjuvant (plastifiant ou superplastifiant) - Mode opératoire AFREM (1996)
T
%
Démonstration
Conclusions
• Logiciel reposant sur une approche scientifique
• Modèles « transparents » (publiés) et validés
• Permet de réduire et de mieux cibler les essais
• Facilite les comparaisons entre sources de matériaux
Conclusions (suite)
• Vérification expérimentale des formulations toujours nécessaire
• L ’avenir:– Club de développeurs (interne): pour les
évolutions futures du logiciel– Club d’utilisateurs
Un club utilisateur pour BétonlabPro
Le but :
faciliter l ’utilisation du logiciel en proposant des contacts et rencontres périodiques des utilisateurs (mise en place en 2001)
Dans la pratique
• échanger les données d ’entrée du logiciel– compacité du ciment et saturation des adjuvants
– courbes granulométriques et compacité des granulats
– etc.• échanger des informations sur la précision des
prévisions grâce aux retours d ’expériences• fournir des informations sur les modèles pour une
utilisation plus éclairée
• Ouvrage de référence
• Fourni avec le logiciel
• Également disponible séparément (120 FF)
Formation à l ’utilisation de BétonlabPro 2.0
• Aide en ligne + documentation
• Des stages d ’une journée sont régulièrement organisés par l ’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées
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