Prescriptions des bétons selon les normes

AVANT-PROPOS

La norme NBN B 15-001:2012 document d’application belge de la norme NBN EN 206-1:2004 a été récemment remplacée par la norme NBN B 15-001:2018 document d’application belge de la norme NBN EN 206:2013+A1:2016.

Ces deux dernières normes sont liées de façon indissociable et sont intitulées de la même manière: ‘Béton – Spécification, performances, production et conformité’.

• La norme NBN B 15-001:2018 complète et remplace certaines parties de la NBN EN 206:2013+A1:2016.
• Le présent bulletin traite de la spécification des bétons « courants », pas de celle de tous les bétons !
• La spécification d’autres bétons sera traitée dans un autre bulletin. Voir plus loin à ce propos.
• Le béton peut être prescrit (spécifié) de différentes façons selon les deux normes. La manière la
• plus courante est celle par laquelle l’utilisateur (architecte, bureau d’études, entrepreneur, maître
• d’ouvrage) prescrit les performances souhaitées du béton ou, selon les termes de la norme, un
• béton ‘à propriétés spécifiées’.

En ce qui concerne la description des performances souhaitées, les deux normes prévoient des ‘données de base’ et des ‘données complémentaires’.

A chaque prescription de béton, l’utilisateur doit obligatoirement préciser les données de base dans tous les cas de figure.

Les données complémentaires doivent uniquement être mentionnées si le béton, à l’état frais ou à l’état durci, doit remplir des exigences de performances spécifiques, ou si la mise en œuvre le requiert.

Il y a cinq données de base. La première est d’ordre général et stipule que le béton doit être conforme aux normes NBN EN 206:2013+A1:2016 & NBN B 15-001:2018.

Les quatre autres données sont indiquées ci-dessous par les lettres A, B, C et D. La lettre E est utilisée pour indiquer des données complémentaires. En voici la signification :

1. La résistance caractéristique à la compression, indiquée par la classe de résistance,
2. La durabilité souhaitée en fonction du domaine d’utilisation (B1) et de la classe d’environnement (B2),
3. La consistance voulue, mentionnée par une classe de consistance,
4. La dimension nominale maximale Dmax des granulats,
5. Les données complémentaires souhaitées.

PRESCRIPTION DU BÉTON À PROPRIÉTÉS SPÉCIFIÉES

Cette méthode est non seulement très pratique mais elle offre à l’utilisateur une véritable garantie de performances. En outre, elle seule permet de prescrire un béton porteur de la marque de qualité BENOR.

La détention de la marque BENOR signifie que le contrôle de la fabrication du producteur est vérifié par une tierce partie. La marque est donc synonyme de garantie que le béton produit répond aux données de base spécifiées ainsi qu’aux données complémentaires prescrites (sauf cas exceptionnels où le contrôle externe n’est pas possible).

L’utilisateur ne doit plus contrôler lui-même la conformité du béton avec les exigences. La marque BENOR constitue donc un gain de temps et d’argent. L’utilisateur n’a donc plus qu’à contrôler le bon de livraison et l’exécution du travail.

La norme mentionne également une autre façon de prescrire du béton. Cette méthode repose sur la spécification de sa composition, ce qui exige une connaissance approfondie en technologie du béton. D’autre part, elle exige la connaissance des caractéristiques des matériaux disponibles. En outre, la technologie du béton évolue rapidement et la gamme des composants utilisables pour fabriquer un béton ne fait que croître. La probabilité pour que l’utilisateur formule une composition de béton correcte, répondant aux prestations techniques et aux critères économiques, est évidemment très faible. C’est pourquoi, cette seconde méthode ne sera pas traitée dans le présent bulletin.

Dans les chapitres suivants, les données nécessaires à la prescription d’un ‘béton à propriétés spécifiées’ sont approfondies. Le lecteur y trouvera non seulement des directives pratiques, mais également des exemples de ‘spécifications de béton’ et un texte-type pour cahier des charges.

LA NORME NBN EN 206:2013+A1:2016 ET LA NORME COMPLÉMENTAIRE NBN B 15-001:2018 : ‘BÉTON – SPÉCIFICATION, PERFORMANCES, PRODUCTION ET CONFORMITÉ’

La norme européenne EN 206:2013+A1:2016 a été élaborée par le Comité technique Européen de Normalisation CEN/TC 104 ‘Concrete and related products’. Cette norme est d’application dans tous les pays membres du CEN, dont la Belgique. Le bureau de normalisation belge, le NBN, a publié cette norme en tant que NBN EN 206:2013+A1:2016.

La NBN B 15 001:2018 complète cette norme européenne : elle contient des additions, des remplacements et des notes sur la norme NBN EN 206:2013+A1:2016.

Les additions et les remplacements du texte de la NBN EN 206:2013+A1:2016 sont normatifs sauf avis contraire explicitement renseigné. Ils règlent les aspects de la norme NBN EN 206:2013+A1:2016 qui doivent être fixés au niveau national. Ils traitent aussi des sujets qui ne sont pas discutés dans la norme européenne, et pour lesquels il existe une expérience au niveau belge. Les notes explicatives sont informatives. Elles complètent les prescriptions normatives.

Les deux normes forment un ensemble indissociable. Toute référence à la première implique nécessairement référence à la seconde, et réciproquement.

FEBELCEM a édité et publié la version consolidée de ces deux normes pour en faciliter la lecture et permettre un plus large accès à ces documents. Voir Bibliographie [3].

Les deux normes contiennent des spécifications claires relatives aux constituants, à la composition, à la durabilité, au béton à l’état frais et à l’état durci. Elles stipulent des directives concernant la prescription et la livraison d’un béton. Elles contiennent des prescriptions pour le contrôle de la production ainsi que le contrôle, les critères et l’évaluation de la conformité. Les deux normes sont valables pour les bétons non armés, armés et précontraints, destinés aux bâtiments et ouvrages d’art.

Elles sont d’application pour le béton normal (masse volumique de 2000 à 2600 kg/m3 ), le béton lourd (masse volumique > 2600 kg/m3 ) et léger (masse volumique comprise entre 800 et 2000 kg/m3 ), le béton prêt-à-l’emploi et le béton fabriqué sur chantier. Elles sont également valables pour les produits préfabriqués en béton (produits en usine), bien que des règles spécifiques soient souvent données dans les normes « produit » européennes harmonisées.

1.DONNÉES NÉCESSAIRES À LA PRESCRIPTION D’UN BÉTON

1.1 EXIGENCE GÉNÉRALE : LE BÉTON DOIT SATISFAIRE AUX NORMES NBN EN 206:2013+A1:2016 & NBN B 15-001:2018

1.2 DONNÉE DE BASE A : CLASSE DE RÉSISTANCE

La résistance à la compression est la caractéristique la plus importante d’un béton durci.

C’est sur elle que se basent le calcul et le dimensionnement d’une structure en béton. La norme définit 16 classes de résistance (voir le tableau 7), de C8/10 à C100/115. Chaque classe est désignée par la lettre C suivie de la résistance caractéristique à 28 jours sur cylindre et sur cube et exprimée en MPa.

Les deux nombres sont importants : fck,cyl est utilisé pour le calcul de la structure en béton ; fck,cube est utilisé pour le contrôle de la qualité (les cubes sont d’un emploi plus pratique).

C f_ck,cyl/f_ck,cube

(Exemples : C25/30, C30/37, etc.)

La prescription d’un béton à performances spécifiées exige toujours la fixation d’une classe de résistance à choisir parmi les 16 classes de la norme. C’est la seule manière de définir sans ambiguïté la résistance caractéristique à la compression exigée.

REMARQUES

• Ces classes de résistance sont valables pour les bétons normaux et lourds. Pour le béton léger, d’autres classes de résistance sont utilisées et indiquées par les lettres LC à la place de C.
• La résistance caractéristique à la compression fck résulte de l’analyse statistique d’une série de résultats d’essais. Pour un béton donné, cette valeur représente la résistance qui doit être dépassée par au moins 95 % des résultats d’essais.
• La valeur fck,cube de la classe de résistance représente la résistance caractéristique déterminée sur des éprouvettes cubiques de 150 mm de côté. Ces éprouvettes sont confectionnées et conservées selon les indications de la norme NBN EN 12390-1:2012 « Essai pour béton durci -Partie 1 : Forme, dimensions et autres exigences relatives aux éprouvettes et aux moules » et la norme NBN EN 12390-2:2019 « Essai pour béton durci – Partie 2 : Confection et conservation des éprouvettes pour essais de résistance ». Les éprouvettes sont conservées sous eau pendant 28 jours à une température de (20 ± 2) °C ou dans une enceinte où l’humidité relative est supérieure ou égale à 95 %. La résistance à la compression est déterminée selon la norme NBN EN 12390-3:2019 « Essai pour béton durci – Partie 3 : Résistance à la compression des éprouvettes »
• La valeur fck,cyl de la classe de résistance représente la résistance caractéristique déterminée sur des éprouvettes cylindriques de 300 mm de hauteur et 150 mm de diamètre, confectionnées et conservées de la même manière que les cubes.
• La forme et les dimensions de l’éprouvette influencent le résultat des essais. C’est la raison pour laquelle fck,cyl diffère de fck,cube et que chaque classe de résistance est définie par deux nombres.
• La classe de résistance, donnée de base A, est totalement indépendante de la classe de résistance mentionnée comme exigence complémentaire de durabilité, donnée implicitement par la pres- cription de la classe d’environnement (voir donnée de base B). La classe de résistance pour le calcul du dimensionnement doit être supérieure ou égale à la classe de résistance minimale qui résulte de la spécification de la durabilité afin de ne pas sous-estimer le pourcentage minimal d’armature ainsi que la largeur des fissures. Ces deux paramètres sont fonction de la résistance caractéristique à la compression du béton.

1.3 DONNÉE DE BASE B (B1 ET B2) : DURABILITÉ : DOMAINE D’UTILISATION ET CLASSE D’ENVIRONNEMENT

Les exigences de durabilité qu’il convient de formuler pour un béton, dépendent entre autres, du domaine d’utilisation (B1) et de la classe d’environnement (B2). Le domaine d’utilisation indique si le béton est non armé, armé ou précontraint. Cette distinction est essentielle puisque le béton non armé est soumis à un nombre moins élevé de mécanismes d’attaques que le béton armé ou précontraint. En indiquant le domaine d’utilisation, la teneur maximale autorisée en ions chlore est donnée implicitement (voir la première remarque ci-après pour de plus amples informations). Il existe toutefois une exception. La norme recommande une classe de teneur en ions chlore plus stricte (Cl 0,20) pour le béton armé situé dans un environnement dans lequel un apport d’ions chlore est possible. Ceci peut être mentionné le cas échéant comme une exigence complémentaire. (Voir plus loin donnée E)

La classe d’environnement fait référence à l’environnement dans lequel le béton sera exposé. Un élément en béton situé à l’intérieur d’un bâtiment doit répondre à des exigences moins sévères de durabilité qu’un élément situé à l’extérieur du bâtiment. Les exigences concernant un élément extérieur dépendent de la présence éventuelle d’humidité, de gel, de sels de déverglaçage, d’eau de mer ou de substances agressives dans l’environnement. L’approche de la durabilité des bétons est basée dans la norme NBN B 15-001:2018 sur l’usage des classes d’environnement courantes en Belgique. Ces classes d’environnement sont indiquées par la lettre E dérivé de l’anglais ‘Environment’, suivie par la lettre I, E, S ou A (dérivés de l’anglais ‘Interior’, ‘Exterior’, ‘Sea’ ou ‘Agressive’) et éventuellement d’un chiffre décrivant l’environnement de manière plus précise. La norme prévoit 13 classes d’environnement. Voir le tableau 7.

Cette approche belge simplifie grandement l’approche de la durabilité des bétons de la norme NBN EN 206:2013+A1:2016 basée elle sur l’usage des classes d’exposition. Une seule classe d’environnement suffit à caractériser l’environnement dans lequel le béton est exposé sauf lorsque le béton se trouve dans un environnement agressif.

Il faut alors toujours spécifier deux classes d’environnement : par exemple, un environnement extérieur légèrement agressif avec un risque de gel sans contact avec la pluie : EA1 et EE2. Pour chacune des classes, des exigences de durabilité sont formulées en fonction du domaine d’utilisation. Ces exigences imposent d’importantes contraintes sur la composition du béton (par exemple : une teneur en ciment minimale, un rapport eau/ciment maximal, etc.).

La prescription d’un béton à performances spécifiées exige toujours de préciser le domaine d’utilisation (béton non armé, armé ou précontraint) (B1) et la classe (ou les classes si EA1, EA2 ou EA3) d’environnement (B2). Les exigences de durabilité sont ainsi clairement définies.

REMARQUES :

• En indiquant le domaine d’utilisation, la teneur maximale autorisée en ions chlore est définie implicitement. La norme mentionne que la teneur maximale autorisée dans le contexte belge est égale à 1,00 % dans le béton non armé, à 0,40 % dans le béton armé et à 0,20 % dans le béton précontraint. Ceci est calculé par rapport au poids du ciment dans le béton, prenant en compte d’éventuelles additions de type II, voir plus loin en (1).

Les chlorures dans le béton armé ou précontraint peuvent provoquer la ‘corrosion initiée par les chlorures’. Ils peuvent être présents dans le ciment, les adjuvants, les granulats, etc. Il est donc primordial de limiter la teneur totale en ions chlore. Il est interdit d’ajouter du chlorure de calcium ou des adjuvants à base chlorée à du béton armé ou précontraint.

• Pour chaque classe d’environnement, les exigences de durabilité imposées sont indiquées au tableau 1, en fonction du domaine d’utilisation. Les exigences de durabilité dans la norme NBN B 15-001:2018 sont traduites par un type de béton, éventuellement complété par ‘d’autres exigences’. La norme prévoit 10 types de béton. Voir le tableau 2.

Un type de béton est une combinaison spécifique des exigences de durabilité suivantes :

rapport eau/ciment maximal. Ce rapport donne la proportion entre la quantité d’eau efficace, présente dans le béton à l’état frais et la teneur en ciment. La quantité d’eau efficace est égale à la quantité d’eau totale diminuée de la quantité d’eau absorbable par les granulats. La teneur en ciment tient compte de la présence éventuelle d’additions de type II (cendres volantes, fumées de silice, laitier granulé de haut-fourneau moulu) selon les définitions des articles 5.2.5.2.1 jusque 5.2.5.2.4 inclus des normes NBN EN 206:2013+A1:2016 & NBN B 15-001:2018. dosage minimal en ciment. Cette teneur tient compte de la présence éventuelle d’additions de type II mentionnées au paragraphe ci-dessus.

ATTENTION :

Le type de ciment utilisable, la combinaison éventuelle de ce ciment avec des additions de type II et l’augmentation éventuelle du dosage minimal sont donnés dans les Tableaux 3-ANB, 4-ANB et 5-ANB de la NBN B 15-001:2018. Ces tableaux sont des tableaux d’aptitude spécifique à l’emploi des liants en fonction des classes d’exposition et des classes d’environnement des bétons non-armés ou armés et précontraints.

classe de résistance à la compression minimale. Le fait que le béton y réponde est un signe qu’il n’est pas en contradiction avec les autres exigences. Donc, le béton qui répond à l’exigence de la résistance à la compression minimale satisfera probablement aussi au critère de la teneur en ciment minimale et à celui du rapport eau/ciment maximal. Un béton avec une résistance à la compression plus faible que la résistance à la compression minimale ne répondra vraisemblablement pas aux deux autres exigences. Au niveau de la durabilité, la résistance à la compression minimale exerce donc une fonction informative et de contrôle.

teneur en air (le cas échéant). Un type de béton est indiqué par le symbole T, suivi par un chiffre se rapportant au rapport eau/ciment maximal autorisé et éventuellement par la lettre A (de l’anglais ‘Air’) en présence d’une teneur en air imposée.

Pour EE3, EE4, ES2 et ES4, deux types de béton sont possibles, notamment un type avec une exigence pour la teneur en air et un autre sans cette exigence. Si le prescripteur souhaite un béton de type A, donc avec une exigence de teneur en air, il doit le mentionner comme une exigence complémentaire (voir la rubrique ‘données complémentaires E’). Sans cet ajout, le producteur de béton partira du principe que le prescripteur choisit le type de béton sans air entraîné.

XA1, XA2 et XA3, correspondant respectivement à EA1, EA2 et EA3, sont définis selon le tableau 2 de la norme NBN EN 206:2013+A1:2016. Pour chaque classe, ce tableau contient des valeurs limites en rapport avec le degré d’acidité et la teneur en ions de substances agressives vis-à-vis du béton. Par exemple, les valeurs limites pour la teneur en ions sulfates dans les eaux souterraines ou en contact avec les ouvrages en béton sont les suivantes :

• Environnement faiblement agressif EA1 : 200 ≤ SO₄^2-≤ 600 mg/l
• Environnement modérément agressif EA2 : 600 < SO₄^2- ≤ 3000 mg/l
• Environnement fortement agressif EA3 : 3000 < SO₄^2- ≤ 6000 mg/l

A partir d’une concentration en ions sulfates supérieure à 600 mg/l dans l’eau ou 3000 mg/kg dans le sol en contact avec le béton, il est nécessaire de recourir à un ciment à haute résistance aux sulfates selon la norme NBN B 12-108:2015. Il est également possible d’utiliser une combinaison de ciment et de laitier granulé de haut-fourneau moulu conforme à la note (a) du tableau 1

(= tableau F.3-ANB de la NBN B 15-001:2018). Si ces ciments SR/HSR ou (ciment + addition) sont nécessaires, ils doivent être indiqués comme exigence complémentaire (E).

Les « ciments à haute résistance aux sulfates » selon la NBN B 12-108 sont :

• les ciments Portland CEM I-SR 0 et CEM I-SR 3,
• les ciments de haut fourneau CEM III/B-SR et CEM III/C-SR,
• le ciment composé CEM V/A (S-V) HSR,
• le ciment sursulfaté SSC HSR (NBN EN 15743+A1:2015 « Ciment sursulfaté – Composition,
  spécifications et critères de conformité »).

Comme mentionné plus haut, les normes NBN EN 206:2013+A1:2016 & NBN B 15-001:2018 permettent également de prescrire un béton à l’aide des classes d’exposition. Les classes d’exposition sont définies dans la norme NBN EN 206:2013+A1:2016. Leur définition dépend des mécanismes d’attaque auxquels le béton peut être soumis, comme les cycles de gel/dégel avec ou sans sels de déverglaçage, l’attaque chimique et, en présence d’armatures, la corrosion initiée soit par carbonatation soit par les chlorures. La norme prévoit 18 classes d’exposition.

La prescription judicieuse des classes d’exposition requiert une plus grande connaissance en technologie du béton que la prescription des classes d’environnement. Il est plus simple et plus rapide de sélectionner des classes d’environnement que des classes d’exposition. C’est pourquoi dans la norme NBN B 15-001:2018, il est recommandé de définir les exigences de durabilité en fonction des classes d’environnement.

Il faut être bien conscient que ces deux sortes de classes sont intimement liées. Les exigences de durabilité des classes d’environnement sont dérivées de celles des classes d’exposition. Pour de plus amples informations sur les classes d’exposition, les exigences de durabilité qui en découlent, comment les sélectionner et leur relation avec les classes d’environnement, il faut se référer aux normes citées plus haut et au manuel de ‘Technologie du Béton’ du Groupement belge du Béton (GBB, 2018). Voir Bibliographie [2].