Le logiciel BétonlabPro 2 Bases scientifiques - Principes de fonctionnement

1. 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

2. 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

3. 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

4. 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)

5. 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)

6. 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

9. 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

10. Propriétés du béton frais • Deux modes de déformation principaux: le serrage et le cisaillement • Indice de serrage K’ calculé

11. Cisaillement: mesuréau rhéomètreBTRHEOM

12. Comportement en cisaillement

13. 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

14. Air occlus • Calculé à partir • de l ’affaissement au cône • de la teneur en sable • de la teneur en adjuvants

15. 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

16. 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)

18. Résistance en traction • Calculée à partir • de la résistance en compression • d ’un paramètre dépendant du granulat

19. Déformabilité(module, retrait, fluage)

20. 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)

21. 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

22. 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

23. 0 2 4 58 6 8 10 54 12 14 16 50 18 20 6.5 6.45 6.4 6.35 Mélange 6.3 final K 6.25 6.2 6.15 6.1 Mélange 6.05 initial 6 % Aggr.1/total % Aggr. 3/total aggr. aggr.

24. Essais spécifiques:1) Compacité des granulats • Mode opératoire proposé • Campagne d’essais en cours au LCPC pour proposition d’un mode opératoire normalisable

25. 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

27. 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)

28. Démonstration

29. 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

30. Conclusions (suite) • Vérification expérimentale des formulations toujours nécessaire • L ’avenir: • Club de développeurs (interne): pour les évolutions futures du logiciel • Club d’utilisateurs

31. 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)

32. 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

33. Ouvrage de référence • Fourni avec le logiciel • Également disponible séparément (120 FF)

34. 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