Essai d'affaissement et fondations massives d'éoliennes
L'essai d'affaissement, mis au point par Duff A. Abrams dans les années 1910, est une méthode simple pour évaluer la consistance du béton.
À l'époque des débuts de la technologie du béton, le contrôle de sa fluidité passait essentiellement par l'ajustement de la quantité d'eau. Ajouter de l'eau améliorait la maniabilité, mais au détriment de la résistance et de la durabilité. L'essai d'affaissement s'est alors imposé comme un moyen pratique de vérifier si trop d'eau avait été incorporée, permettant de trouver un équilibre entre maniabilité et performance structurelle.
Le béton est depuis devenu un matériau beaucoup plus complexe. Il existe aujourd'hui de nombreux adjuvants qui influencent la maniabilité, indépendamment de la quantité d'eau. Bien que l'essai d'affaissement ne donne plus d'informations fiables sur la résistance ou la durabilité du béton, il reste l'un des tests les plus utilisés pour évaluer la maniabilité du béton frais. Sa popularité tient à sa simplicité et à son efficacité.
Comment réaliser un essai d'affaissement
Réaliser un essai d'affaissement est un processus simple. Il suffit de remplir un moule métallique en forme de cône avec du béton frais, puis de retirer le cône pour observer dans quelle mesure le béton s'affaisse ou se tasse.
L'affaissement est mesuré par la différence entre la hauteur du cône et la hauteur du béton après affaissement.
Comment interpréter les résultats de l'essai d'affaissement
Plus l'affaissement est important, plus le béton s'écoule facilement.
À première vue, comme on ne mesure qu'un seul paramètre, l'interprétation du test peut sembler simple. Cependant, tous les affaissements ne se valent pas, même s'ils ont la même valeur numérique.
Il est important d'évaluer la forme prise par le béton. Idéalement, on s'attend à ce que le béton s'affaisse simplement en conservant plus ou moins sa forme initiale. On parle alors d'affaissement vrai.
Dans certains cas, on peut observer un plan de glissement incliné, où la partie supérieure tombe et finit à côté de la base. Même si la mesure d'affaissement est similaire à celle d'un essai classique en termes de hauteur, ce phénomène transmet une tout autre information. Ce phénomène, appelé rupture par cisaillement, se produit souvent lorsqu'il y a trop peu de pâte ou un excès de sable dans le mélange de béton.
Si le béton s'effondre simplement et se désagrège, cela indique une quantité insuffisante de sable dans le mélange. Le sable joue un rôle essentiel pour donner de la cohésion au béton, garantissant qu'il reste bien lié.
Un autre problème à surveiller est la ségrégation. Lors de l'essai d'affaissement, si les grains de granulats restent en tas tandis que la pâte se sépare sur un ou plusieurs côtés, on observe une ségrégation. Cela se produit généralement lorsqu'il y a un excès d'une taille de granulats ou d'un groupe de granulats qui ne se mélange pas bien.
Essai d'affaissement selon différentes normes
L'American Concrete Institute ACI 211.1 recommande des plages d'affaissement adaptées aux différents types de constructions dans les secteurs du génie civil et du bâtiment.
| Type de construction | Affaissement [in] | Affaissement [mm] |
|---|---|---|
| Murs et semelles armés | 1 - 3 | 25 - 75 |
| Semelles simples, caissons et murs de soubassement | 1 - 3 | 25 - 75 |
| Poutres et murs armés | 1 - 4 | 25 - 100 |
| Colonnes de bâtiment | 1 - 4 | 25 - 100 |
| Chaussées et dalles | 1 - 3 | 25 - 75 |
| Béton massif | 1 - 2 | 25 - 50 |
La norme européenne EN 12350-2 distingue 5 classes de consistance selon le résultat de l'essai d'affaissement.
| Classe | Affaissement [mm] | Affaissement [in] |
|---|---|---|
| S1 | 10 - 40 | ½ - 1½ |
| S2 | 50 - 90 | 2 - 3½ |
| S3 | 100 - 150 | 4 - 6 |
| S4 | 160 - 210 | 6¼ - 8¼ |
| S5 | ≥ 220 | ≥ 8¾ |
La norme britannique BS 8500-1 donne des recommandations de classes d'affaissement selon l'usage du béton.
| Usage du béton | Classe d'affaissement | Affaissement [mm] | Affaissement [in] |
|---|---|---|---|
| Pose et calage de bordures | S1 | 10 - 40 | ½ - 1½ |
| Sols et chaussées posées à la main | S2 | 50 - 90 | 2 - 3½ |
| Fondations massives Béton de propreté | S3 | 100 - 150 | 4 - 6 |
| Remplissage de tranchée Bétonnage sur place de pieux | S4 | 160 - 210 | 6¼ - 8¼ |
Affaissement nécessaire pour les fondations d'éoliennes terrestres
Les fondations d'éoliennes sont des structures massives avec un ferraillage complexe composé de centaines d'armatures.
Le centre de la fondation est densément rempli de barres d'armature, de tiges d'ancrage, d'une cage d'ancrage et de gaines. C'est également la zone de liaison entre la tour et la fondation, ce qui la rend cruciale pour la transmission efficace des efforts dans le système. Il est important que le béton frais entoure correctement toutes les armatures et autres éléments afin d'assurer une répartition correcte des contraintes pendant toute la durée de vie de la fondation.
En revanche, les fondations superficielles d'éoliennes comportent toujours une dalle en forme de trémie pour optimiser le volume de béton. Parfois, cette pente peut atteindre jusqu'à 30 % (16,7 degrés) voire plus. Si le béton frais est trop fluide, il peut devenir difficile de réaliser correctement cette pente.
Les fondations d'éoliennes nécessitent généralement un affaissement compris entre 10 et 15 cm (4 à 6 pouces), ce qui correspond à une classe d'affaissement S3 selon les Eurocodes. Cela correspond aussi aux recommandations précédemment mentionnées dans la norme britannique.
Cependant, il faut prendre en compte les deux défis potentiels évoqués plus tôt :
- Le béton au centre de la dalle peut nécessiter un affaissement plus important pour permettre au béton frais de bien circuler et d'entourer toutes les armatures et éléments de la cage d'ancrage.
- Les dalles avec des pentes prononcées peuvent nécessiter un béton avec un affaissement plus faible afin de maintenir la forme correcte avant la prise.