Tester la résistance à la compression du béton – Quoi, pourquoi et comment ?

Information de la National Ready Mixed Concrete Association

Qu’est-ce que la résistance à la compression du béton ?

Les mélanges de béton peuvent être conçus pour fournir une large gamme de propriétés mécaniques et de durabilité afin de répondre aux exigences de conception d’une structure. La résistance à la compression du béton est la mesure de performance la plus courante utilisée par l’ingénieur pour concevoir des bâtiments et d’autres structures. La résistance à la compression est mesurée en brisant des éprouvettes de béton cylindriques dans une machine d’essai de compression. La résistance à la compression est calculée à partir de la charge de rupture divisée par la section transversale résistant à la charge et exprimée en unités de livres-force par pouce carré (psi) en unités américaines ou en mégapascals (MPa) en unités SI. Les exigences en matière de résistance à la compression du béton peuvent varier de 17 MPa (2500 psi) pour le béton résidentiel à 28 MPa (4000 psi) et plus pour les structures commerciales. Des résistances plus élevées pouvant atteindre et dépasser 10 000 psi (70 MPa) sont spécifiées pour certaines applications.

POURQUOI la résistance à la compression est-elle déterminée ?

Les résultats des tests de résistance à la compression sont principalement utilisés pour déterminer que le mélange de béton tel que livré répond aux exigences de la résistance spécifiée, ƒ′c, dans la spécification du travail.:

Les résultats des essais de résistance des cylindres coulés peuvent être utilisés pour le contrôle de la qualité, l’acceptation du béton ou pour estimer la résistance du béton dans une structure afin de programmer les opérations de construction telles que le décoffrage ou d’évaluer l’adéquation du durcissement et de la protection accordée à la structure. Les cylindres testés pour l’acceptation et le contrôle de la qualité sont fabriqués et durcis conformément aux procédures décrites pour les éprouvettes normalisées dans la norme ASTM C 31 Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Field. Pour l’estimation de la résistance du béton en place, la norme ASTM C 31 fournit des procédures pour les spécimens durcis sur le terrain. Les éprouvettes cylindriques sont testées conformément à la norme ASTM C 39, Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens.

Un résultat d’essai est la moyenne d’au moins deux éprouvettes de résistance à cure standard faites à partir du même échantillon de béton et testées au même âge. Dans la plupart des cas, les exigences de résistance pour le béton sont à un âge de 28 jours.

Les ingénieurs concepteurs utilisent la résistance spécifiée ƒ’c pour concevoir les éléments structurels. Cette résistance spécifiée est incorporée dans les documents du contrat de travail. Le mélange de béton est conçu pour produire une résistance moyenne, ƒ′cr, supérieure à la résistance spécifiée de telle sorte que le risque de ne pas respecter la spécification de résistance soit minimisé. Pour se conformer aux exigences de résistance d’une spécification de travail, les deux critères d’acceptation suivants s’appliquent :

• La moyenne de 3 essais consécutifs doit être égale ou supérieure à la résistance spécifiée, ƒ’c
• Aucun essai de résistance ne doit être inférieur à ƒ’cde plus de 500 psi (3.45 MPa) ; ou de plus de 0,10 ƒ’c lorsque ƒ’c est supérieur à 5000 psi (35 MPa)

Il est important de comprendre qu’un essai individuel tombant sous ƒ’c ne constitue pas nécessairement un manquement aux exigences de la spécification. Lorsque la moyenne des essais de résistance d’un travail est à la résistance moyenne requise, ƒ′cr, la probabilité que les essais de résistance individuels soient inférieurs à la résistance spécifiée est d’environ 10 % et cela est pris en compte dans les critères d’acceptation.

Lorsque les résultats des essais de résistance indiquent que le béton livré ne répond pas aux exigences de la spécification, il est important de reconnaître que la défaillance peut être dans les essais et non dans le béton. Cela est particulièrement vrai si la fabrication, la manutention, la cure et les essais des cylindres ne sont pas effectués conformément aux procédures normalisées. Voir CIP 9, Faible résistance des cylindres de béton.

Les enregistrements historiques des essais de résistance sont utilisés par le producteur de béton pour établir la résistance moyenne cible des mélanges de béton pour les travaux futurs.

Comment tester la résistance du béton

• Les spécimens cylindriques pour les essais d’acceptation devraient être de taille 6 x 12 pouces (150 x 300 mm) ou 4 x 8 pouces (100 x 200 mm) lorsque spécifié. Les spécimens plus petits ont tendance à être plus faciles à fabriquer et à manipuler sur le terrain et au laboratoire. Le diamètre du cylindre utilisé devrait être au moins 3 fois la taille maximale nominale du granulat grossier utilisé dans le béton.
• Enregistrer la masse de l’échantillon avant le bouchage fournit des informations utiles en cas de litiges.
• Pour assurer une distribution uniforme de la charge lors des essais, les cylindres sont bouchés généralement avec du mortier de soufre (ASTM C 617) ou des bouchons à tampon en néoprène (ASTM C 1231). Les bouchons en soufre doivent être appliqués au moins deux heures et de préférence un jour avant le test. Les tampons en néoprène peuvent être utilisés pour mesurer la résistance du béton entre 1500 et 7000 psi (10 à 50 MPa). Pour des résistances plus élevées, jusqu’à 12 000 psi, les bouchons en néoprène peuvent être utilisés s’ils sont qualifiés par des essais complémentaires avec des bouchons en soufre. Les exigences en matière de dureté durométrique pour les tampons en néoprène varient de 50 à 70 selon le niveau de résistance testé. Les tampons doivent être remplacés en cas d’usure excessive.
• On ne doit pas laisser les cylindres se dessécher avant l’essai.
• Le diamètre du cylindre doit être mesuré en deux endroits perpendiculaires l’un à l’autre à mi-hauteur de l’éprouvette et on doit en faire la moyenne pour calculer l’aire de la section transversale. Si les deux diamètres mesurés diffèrent de plus de 2%, le cylindre ne doit pas être testé.
• Les extrémités des spécimens ne doivent pas s’écarter de la perpendicularité avec l’axe du cylindre de plus de 0,5º et les extrémités doivent être planes à 0,002 pouce (0,05 mm) près.
• Les cylindres doivent être centrés dans la machine d’essai de compression et chargés jusqu’à la rupture complète. Le taux de chargement sur une machine hydraulique doit être maintenu dans une plage de 20 à 50 psi/s (0,15 à 0,35 MPa/s) pendant la dernière moitié de la phase de chargement. Le type de rupture doit être enregistré. Un modèle de rupture commun est une fracture conique (voir figure).
• La résistance du béton est calculée en divisant la charge maximale à la rupture par la surface moyenne de la section transversale. La norme C 39 comporte des facteurs de correction si le rapport longueur/diamètre du cylindre est compris entre 1,75 et 1,00, ce qui est rare. Au moins deux cylindres sont testés au même âge et la résistance moyenne est rapportée comme résultat du test à 10 psi (0,1 MPa)
• Le technicien qui effectue le test doit enregistrer la date à laquelle ils ont été reçus au laboratoire, la date du test, l’identification du spécimen, le diamètre du cylindre, l’âge du test, la charge maximale appliquée, la résistance à la compression, le type de fracture et tout défaut des cylindres ou des bouchons. Si elle est mesurée, la masse des cylindres doit également être notée.
• La plupart des écarts par rapport aux procédures standard de fabrication, de cure et d’essai des éprouvettes de béton se traduiront par une résistance mesurée inférieure.
• L’écart entre les cylindres compagnons provenant du même ensemble et testés au même âge devrait être, en moyenne, d’environ 2 à 3 % de la résistance moyenne. Si la différence entre deux cylindres compagnons dépasse 8 % trop souvent, ou 9,5 % pour trois cylindres compagnons, les procédures d’essai au laboratoire devraient être évaluées et rectifiées.
• Les résultats des essais effectués par différents laboratoires sur le même échantillon de béton ne devraient pas différer de plus d’environ 13 % de la moyenne des deux résultats d’essai.
• Si l’un ou les deux d’un ensemble de cylindres se brisent à une résistance inférieure à ƒ’c, évaluez les cylindres pour des problèmes évidents et conservez les cylindres testés pour un examen ultérieur. Fréquemment, la cause d’un essai raté peut être facilement vue dans le cylindre, soit immédiatement, soit par examen pétrographique. Si l’on jette le cylindre, on risque de perdre une occasion de corriger le problème. Dans certains cas, des cylindres de réserve supplémentaires sont fabriqués et peuvent être testés si un cylindre d’un ensemble s’est brisé à une résistance inférieure.
• Un essai de 3 ou 7 jours peut aider à détecter des problèmes potentiels de qualité du béton ou de procédures d’essai au laboratoire, mais ne constitue pas une base pour rejeter le béton, avec une exigence de résistance à 28 jours ou à un autre âge.
• ASTM C 1077 exige que les techniciens de laboratoire impliqués dans les essais de béton soient certifiés.
• Les rapports des essais de résistance à la compression fournissent des informations précieuses à l’équipe de projet pour les projets actuels et futurs. Les rapports doivent être transmis au producteur de béton, à l’entrepreneur et au représentant du propriétaire aussi rapidement que possible.

1. ASTM C 31, C 39, C 617, C 1077, C 1231, Annual Book of ASTM Standards, Volume 04.02, ASTM, West Conshohocken, PA, www.astm.org
2. Série Béton en pratique, NRMCA, Silver Spring, MD, www.nrmca.org
3. Évaluation de la résistance en place – Une pratique recommandée, Publication NRMCA 133, Comité NRMCA RES, NRMCA, Silver Spring, MD
4. Comment les producteurs peuvent corriger le durcissement incorrect des cylindres d’essai, Ward R. Malisch, Concrete Producer Magazine, novembre 1997, www.worldofconcrete.com
5. NRMCA/ASCC Checklist for Concrete Pre-Construction Conference, NRMCA, Silver Spring, MD
6. Tips on Control Tests for Quality Concrete, PA015, Portland Cement Association, Skokie, IL, www.cement.org
7. ACI 214, Recommended Practice for Evaluation of Strength Tests Results of Concrete, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, www.concrete.org

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