La vibration du béton
En fonction du type de béton et du type d’ouvrage, il peut être nécessaire de vibrer le béton. Pourquoi vibrer le béton ? Quel matériel utiliser ? Dans quels cas ? Quelles précautions adopter ?
Nous vous disons tout sur la vibration du béton.
1/ Pourquoi vibrer le béton ?
Le béton est un mélange d’eau, de ciment, de sable, de gravillons, éventuellement d’addition et d’adjuvant, et d’air.
L’air est inévitablement présent dans le béton. Il s’accumule dans le béton au cours de la fabrication (malaxage), le transport, la mise en œuvre du béton (chute du béton).
Si l’on ne fait rien, une forte quantité d’air occlus se retrouve piégée dans le béton frais et donc dans le béton durci sous forme de bulles d’air et de cavités.
La vibration a pour effet de chasser le maximum d’air contenu dans le béton après sa mise en place et ainsi de le rendre plus compact.
L’augmentation de la compacité du béton vibré permet :
- Un meilleur remplissage des moules ou des coffrages.
- Un meilleur enrobage des armatures du béton armé.
- Une meilleure adhérence armature/béton.
- Un meilleur aspect des parements (moins de bullages ; pas de nids de cailloux).
- Une augmentation de la résistance du béton.
- Une augmentation de la durabilité (béton moins poreux).
La vibration permet d’évacuer l’air occlus, faciliter l’arrangement des granulats, assurer un bon remplissage du moule et un bon enrobage des armatures.
2/ Action de la vibration sur le béton
La vibration a pour action de fluidifier la phase mortier, ce qui va ainsi augmenter la compacité du béton en imbriquant les granulats et en désaérant le béton (l’ai contenu dans le béton frais remonte à la surface).
La vibration du béton comporte plusieurs phases :
- Liquéfaction de la phase mortier.
- Désaération et imbrication des granulats.
- Stabilisation.
- Ségrégation si excès de vibration.
3/ Les paramètres de la vibration
Voici les différents paramètres à considérer pour la vibration du béton :
- L’énergie : elle indique l’efficacité d’un vibrateur et doit être la plus importante possible, tout en restant sur des tailles de vibrateurs raisonnables.
- La fréquence : la fréquence idéale dépend de la taille des granulats utilisés dans le béton. Pour un béton constitué de gros granulats, privilégiez une fréquence basse (10000 vibrations/minutes). Si votre béton est composé de granulats de petite taille, utilisez une fréquence élevée (20000 vibrations/minutes).
- L’amplitude : elle gouverne le déplacement des composants du béton pendant la vibration. Il faut éviter d’utiliser une trop forte amplitude avec les bétons souples, car cela risque de les faire ségréger.
- La durée : elle est importante car si elle est trop courte, le béton ne sera pas assez compacté. Si elle est trop longue, le béton risque de ségréger (les gravillons descendent dans le coffrage et le mortier remonte).
A titre informatif, voici les durées requises pour la vibration d’un volume de béton à l’aiguille vibrante (durée pendant laquelle l’aiguille est maintenue au même endroit) :
-
- 5 à 10 secondes dans le cas d’un béton très plastique ou fluide (consistance S3 ou S4) ;
- 20 secondes pour un béton plastique (consistance S2) ;
- 1 minute pour un béton ferme (consistance S1).
4/ Les matériels de vibration
Il existe deux types de matériel de vibration : les vibrateurs internes et les vibrateurs externes.
4.1/ Les vibrateurs internes
La vibration interne du béton (ou pervibration) est la technique la plus employée sur les chantiers, car elle est simple et efficace.
Les vibrateurs internes, appelés aiguilles vibrantes, sont plongés dans le béton et agissent directement dans sa masse.
L’aiguille vibrante est constituée d’un cylindre métallique dans lequel tourne en rotation une masselotte excentrée.
Une aiguille vibrante à moteur électrique (aiguille vibrante electrique).
Il existe trois types d’aiguilles vibrantes selon la source d’énergie : aiguille vibrante pneumatique, aiguille vibrante électrique (la plus utilisée sur chantier) et aiguille vibrante thermique.
Le diamètre des aiguilles vibrantes va de 25 mm à 100 mm. Il doit être choisi en fonction de l’espacement des armatures entre lesquelles elle va devoir s’insérer, le volume de béton à vibrer et sa granulométrie.
Pour plus d’informations, consultez ici notre article dédié à l’aiguille vibrante.
4.2/ Les vibrateurs externes
Il existe différents types de vibration externe.
4.2.1/ Les vibrateurs de coffrages
Les vibrateurs de coffrage les plus courants sont, tout comme les aiguilles vibrantes, à action centrifuge.
Ce sont des vibrateurs à moteur à balourds. Ils comportent des masselottes directement supportées par l’arbre du moteur qui est le plus souvent électrique. Les balourds ou masselottes sont des masses volontairement déséquilibrées disposées à chaque extrémité de l’arbre du moteur.
La vibration résulte de la rotation à grande vitesse de la masselotte.
Ces vibreurs a beton sont disponibles dans une très large gamme de vitesses de rotation (750 à 12000 tr/min) et force centrifuge (100 à 14000 daN) et d’alimentation (vibrateurs électriques ou pneumatiques fonctionnants à l’aide d’un compresseur d’air). Il existe des vibrateurs à béton électriques à fréquence variable et à balourd réglable.
Ces vibrateurs agissent sur le béton par l’intermédiaire des coffrages sur lesquels ils sont fixés. Les vibrations sont d’abord transmises au coffrage puis au béton.
Ils nécessitent d’utiliser des coffrages suffisamment lourds et rigides afin qu’ils transmettent efficacement la vibration au béton.
Ils agissent sur une profondeur de béton de 20 à 25 cm maximum. Ils sont donc utilisables sur des éléments béton d’épaisseur moyenne : murs, voiles, poteaux, poutres.
Les vibreurs de coffrages sont peu utilisés sur les chantiers. Ils sont plutôt employés dans les usines de préfabrication d’éléments en béton.
Vibreur beton externe monté sur un coffrage métallique (banche).
4.2.2/ Les vibrateurs de surface
Ils transmettent la vibration au béton à partir d’une règle vibrante ou d’une poutre vibrante que l’on déplace sur la surface du béton.
Un vibreur à béton à moteur thermique à balourd est fixé sur la règle. La règle doit être suffisamment rigide pour pouvoir transmettre la vibration au béton.
Règle vibrante utilisée pour réaliser une dalle.
Ces règles vibrantes superficielles sont utilisées pour les ouvrages horizontaux. Elles peuvent :
- Assurer la mise en œuvre partielle du béton.
- Niveler le béton.
- Lisser le béton pour une finition parfaite.
- Compacter superficiellement le béton sur une certaine profondeur.
L’efficacité des règles vibrantes est limitée dans la profondeur du béton. En ce sens, elles conviennent pour des dalles béton, dallages jusqu’à 15 cm d’épaisseur (cf DTU 21).
Pour des ouvrages horizontaux d’épaisseur plus importante (exemple : voiries en béton), elles peuvent compléter la vibration interne à l’aiguille vibrante.
5/ Dans quels cas vibrer le béton ?
D’une manière générale, tous les bétons doivent être vibrés (bétons de consistance S1, S2, S3, S4), hormis les bétons autoplaçants ou autonivelants (consistance S5).
Spécifiquement pour les dallages, l’utilisation d’un béton de consistance fluide (béton S4, affaissement au cône d’Abrams supérieur ou égal à 160mm) permet de se passer de vibration (cf DTU 13.3).
Par ailleurs, il convient d’éviter de vibrer certains bétons décoratifs tels que béton désactivés, bétons bouchardés, bétons polis au risque d’avoir un rendu hétérogène.
6/ Précautions à prendre pour vibrer le béton
De façon générale, il est impératif de vibrer le béton avant qu’il n’ait fait prise.
La technique de vibrations doit être adaptée à l’ouvrage et au type de béton.
Les règles de bonne pratique concernent essentiellement le temps de vibration et la position des vibrateurs.
Le temps de vibration dépend des caractéristiques du béton (granulométrie, consistance), du volume à vibrer, du type de vibrateur et de sa puissance.
Précautions pour l’utilisation d’une aiguille vibrante :
- Bétonner et vibrer par couche successives de 35 cm (voile en béton architectonique) à 60 cm (bétons courants) et dans tous les cas sur une épaisseur inférieure à la longueur de l’aiguille vibrante utilisée.
- Plonger rapidement l’aiguille verticalement dans le béton (si elle est plongée lentement, le béton en partie haute sera compacté ce qui empêchera la remontée des bulles du béton de masse).
- Faire pénétrer l’aiguille d’environ 10 cm dans la couche précédente, pour lier les deux couches.
- Ne vibrer que le temps strictement nécessaire au serrage, sinon risque de ségrégation.
- Arrêter la vibration dès que :
– le béton cesse de se tasser ;
– les grosses bulles n’apparaissent plus en surface ;
– la laitance brillante apparaît en surface ;
– le bruit de l’aiguille ne varie plus. - Remonter lentement et régulièrement l’aiguille, sans laisser de trou dans le béton.
- Le temps de vibration doit être identique en tous les points de la masse du béton, pour avoir un parement homogène.
- Ne pas vibrer les armatures (risque d’apparition du fantôme des armatures sur le parement au décoffrage).
- Rapprocher les points de plongée de l’aiguille pour que les zones d’action circulaires du vibreur se recoupent (tous les 30 à 50 cm pour les aiguilles courantes de 50 à 75 mm de diamètre).
La vibration à l’aide d’une aiguille vibrante béton.
Attention :
- Ne jamais vibrer un béton déjà vibré (sinon nouveau bullage).
- Ne jamais vibrer un béton qui a démarré sa prise (perte de résistance).
- Ne pas déplacer l’aiguille horizontalement pendant la vibration.
- Ne pas incliner l’aiguille (risque de ségrégation).
- Ne pas déplacer le béton avec l’aiguille (ségrégation).
- Eviter les volumes de béton non vibrés (nids de cailloux).
- Ne pas arrêter une aiguille plongée dans le béton.
- Arrêter l’aiguille dès qu’on la sort du béton (sinon risque de surchauffe).
- Ne pas vibrer trop près du coffrage si possible (environ 10cm).
- Ne pas toucher le coffrage avec l’aiguille.
