MARTIN Jean François Projet de Fin d'Etude Génie Civil
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Niveau: Supérieures
MARTIN Jean-François Projet de Fin d'Etude Génie Civil 2009 1/47 Influence de la mise en œuvre du béton frais en contact avec des isolants sur les propriétés mécaniques du béton Remerciements Je tiens à remercier les personnes suivantes pour les expériences enrichissantes que l'on a partagées et pour le temps qu'elles m'ont consacré durant ce Projet de Fin d'Etudes : Messieurs Seref DILER, ingénieur Recherche et Développement, et Steffen SCHEER, ingénieur conseils thermique et structure, pour le temps qu'ils m'ont consacré tout au long de ce projet. Mademoiselle Ute Schroth, ingénieur thermique et structure, et Monsieur Raphaël Kieffer, directeur commercial, pour le temps qu'ils ont consacré afin de répondre à mes interrogations. Monsieur Stéphane OUDIN, élève de GCE5 de l'INSA de Strasbourg, qui a réalisé cette étude avec moi, pour les nombreuses réflexions que nous avons eu ensemble ainsi que Madame Carmen VASILE qui a également participé à l'aboutissement de nos projets respectifs. Les collaborateurs de l'entreprise SCHÖCK Bauteile GmbH pour leur accueil sympathique et leur collaboration professionnelle et tout particulièrement Messieurs Thomas GRINDLER et Marc Wagner pour leurs aides précieuses lors des essais. Enfin, je remercie l'équipe d'encadrement, chercheurs de l'INSA de Strasbourg au LISS (Laboratoire d'Ingénierie des Surfaces de Strasbourg), Madame Françoise FEUGEAS, Maître de Conférences, Monsieur Sébastien ROUX, Attaché Temporaire d'Enseignement et de Recherche, ainsi que Monsieur Nicolas BUR, Doctorant
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MARTIN Jean-François Projet de Fin d'Etude Génie Civil 2009 1/47 Influence de la mise en œuvre du béton frais en contact avec des isolants sur les propriétés mécaniques du béton Remerciements Je tiens à remercier les personnes suivantes pour les expériences enrichissantes que l'on a partagées et pour le temps qu'elles m'ont consacré durant ce Projet de Fin d'Etudes : Messieurs Seref DILER, ingénieur Recherche et Développement, et Steffen SCHEER, ingénieur conseils thermique et structure, pour le temps qu'ils m'ont consacré tout au long de ce projet. Mademoiselle Ute Schroth, ingénieur thermique et structure, et Monsieur Raphaël Kieffer, directeur commercial, pour le temps qu'ils ont consacré afin de répondre à mes interrogations. Monsieur Stéphane OUDIN, élève de GCE5 de l'INSA de Strasbourg, qui a réalisé cette étude avec moi, pour les nombreuses réflexions que nous avons eu ensemble ainsi que Madame Carmen VASILE qui a également participé à l'aboutissement de nos projets respectifs. Les collaborateurs de l'entreprise SCHÖCK Bauteile GmbH pour leur accueil sympathique et leur collaboration professionnelle et tout particulièrement Messieurs Thomas GRINDLER et Marc Wagner pour leurs aides précieuses lors des essais. Enfin, je remercie l'équipe d'encadrement, chercheurs de l'INSA de Strasbourg au LISS (Laboratoire d'Ingénierie des Surfaces de Strasbourg), Madame Françoise FEUGEAS, Maître de Conférences, Monsieur Sébastien ROUX, Attaché Temporaire d'Enseignement et de Recherche, ainsi que Monsieur Nicolas BUR, Doctorant
- protocoles d'imbibition capillaire
- isolation du bâtiment
- propriétés mécaniques du béton
- frais en contact
- remontées capillaires d'humidité dans les murs et aux transferts
- contact direct
- insa de strasbourg au liss
Influence de la mise en œuvre du béton frais en contact avec des isolants sur les propriétés mécaniques du béton
Remerciements Je tiens à remercier les personnes suivantes pour les expériences enrichissantes que l’on a partagées et pour le temps qu’elles m’ont consacré durant ce Projet de Fin d’Etudes : Messieurs Seref DILER, ingénieur Recherche et Développement, et Steffen SCHEER, ingénieur conseils thermique et structure, pour le temps qu’ils m’ont consacré tout au long de ce projet. Mademoiselle Ute Schroth, ingénieur thermique et structure, et Monsieur Raphaël Kieffer, directeur commercial, pour le temps qu’ils ont consacré afin de répondre à mes interrogations. Monsieur Stéphane OUDIN, élève de GCE5 de l’INSA de Strasbourg, qui a réalisé cette étude avec moi, pour les nombreuses réflexions que nous avons eu ensemble ainsi que Madame Carmen VASILE qui a également participé à l’aboutissement de nos projets respectifs. Les collaborateurs de l’entreprise SCHÖCK Bauteile GmbH pour leur accueil sympathique et leur collaboration professionnelle et tout particulièrement Messieurs Thomas GRINDLER et Marc Wagner pour leurs aides précieuses lors des essais. Enfin, je remercie l’équipe d’encadrement, chercheurs de l’INSA de Strasbourg au LISS (Laboratoire d’Ingénierie des Surfaces de Strasbourg), Madame Françoise FEUGEAS, Maître de Conférences, Monsieur Sébastien ROUX, Attaché Temporaire d’Enseignement et de Recherche, ainsi que Monsieur Nicolas BUR, Doctorant en Sciences pour l’Ingénieur, pour le suivi et les conseils qu’ils m’ont apporté durant ce projet ainsi que pour leurs critiques qui ont mené à l’aboutissement de mon étude.
MARTIN Jean-François Projet de Fin d’Etude Génie Civil 2009 1/47
Influence de la mise en œuvre du béton frais en contact avec des isolants sur les propriétés mécaniques du béton
Sommaire Remerciements .......................................................................................................................... 1 Introduction................................................................................................................................4 1. Matériaux..........................................................................................................................7 a. Isolants ..................................................................................................................... 7 b. Béton......................................................................................................................10 2. Les essais.........................................................................................................................13 a. Protocoles d’imbibition capillaire .......................................................................... 13 i. Essai modifié de capillarité .......................................................................... 14 ii. Désorption et évaporation...........................................................................16 b. Interface béton/isolant .......................................................................................... 19 i. Observation de la laine de roche ................................................................. 20 ii. Observation de la laine de verre.................................................................. 22 c. Influence des isolants sur les propriétés mécaniques du béton ........................... 23 i. Fabrication des échantillons ........................................................................ 23 ii. Résistances mécaniques..............................................................................29 3. Présentation des résultats et discussion ........................................................................ 32 a. Résultats sur le béton ............................................................................................ 32 i. Essai de compression pure..........................................................................32 ii. Essai de flexion en 3 points.........................................................................41 b. Résultats sur les isolants ........................................................................................ 45 4. Conclusion.......................................................................................................................49
MARTIN Jean-François Projet de Fin d’Etude Génie Civil 2009 2/47
Influence de la mise en œuvre du béton frais en contact avec des isolants sur les propriétés mécaniques du béton
Liste des figures........................................................................................................................51 Liste des tableaux ..................................................................................................................... 52 Liste bibliographique ................................................................................................................ 53
MARTIN Jean-François
Projet de Fin d’Etude Génie Civil 2009 3/47
Influence de la mise en œuvre du béton frais en contact avec des isolants sur les propriétés mécaniques du béton
Introduction De nos jours, l’isolation thermique des bâtiments est devenue primordiale. L’isolation la plus développée est l’isolation intérieure car moins coûteuse. Cependant, il est indispensable de prendre en compte les pertes d’énergie qui se produisent au niveau des ponts thermiques. Ces derniers apparaissent aux endroits où l’isolation du bâtiment est interrompue par des jonctions de structure (dalle-façade, dalle-balcon, etc…). L’isolation extérieure permet de diminuer le nombre de ponts thermiques sauf à la jonction dalle-balcon. Le rupteur de pont thermique assure la continuité de l’isolation tout en reprenant les sollicitations de structure (en isolation intérieure comme extérieure). Il permet ainsi de réaliser une réduction considérable et immédiate de l’énergie de chauffage. De plus, il est intégré au gros-œuvre et ne nécessite donc pas d’entretien. Par ailleurs, il existe des rupteurs de pont thermique adaptables aux structures métalliques comme aux structures bétonnées. Enfin les rupteurs de pont thermique sont connus des professionnels du bâtiment, plusieurs avis techniques du CSTB les mentionnent.
Figure 1 : rupteur de pont thermique Schöck®
Un rupteur est constitué de blocs d’un matériau isolant traversés par des armatures métalliques et des modules de compression. Il est ensuite coulé dans du béton frais, faisant ainsi partie intégrante de l’ouvrage.Schöck Bauteile GmbH fait partie des leaders mondiaux de la production des rupteurs de ponts thermiques. L’un des produits star de cette entreprise est appelé Schöck Rutherma® et est défini par le constructeur ainsi : « Schöck Rutherma® assure la continuité de l'isolation du bâtiment là où celle-ci serait interrompue par les jonctions de structure et de balcons. MARTIN Jean-François Projet de Fin d’Etude Génie Civil 2009 4/47
Influence de la mise en œuvre du béton frais en contact avec des isolants sur les propriétés mécaniques du béton
Ces éléments peuvent être mis en place en isolation par l'intérieur, par l'extérieur ou en isolation répartie. Ils reprennent toutes les sollicitations de structure grâce aux armatures traversant le polystyrène. Intégré au gros-œuvre, ils ne souffrent d'aucun risque de détérioration et ne nécessitent aucun entretien. » Actuellement, les rupteurs sont fabriqués avec du polystyrène expansé et de la laine de roche. Or Schöck Bauteile GmbH cherche à diversifier sa gamme d’isolants utilisés. C’est pourquoi 4 isolants seront utilisés dans cette étude : - Polystyrène expansé (PSE) - Néopore® (Néo) Laine de verre (LDV) -- Laine de roche (LDR) Dans cette étude, nous allons nous intéresser au comportement du béton frais en contact avec ces isolants. En effet, l’isolant (sec ou non) du rupteur de pont thermique va absorber une partie de l’eau du béton frais et la restituer progressivement lors de la prise du béton. Comme M. DELMAS l’a rappelé dans son travail de PFE [Influence de la formulation et de la cure sur la porosité de peau des bétons, DELMAS, PFE, 2006], le rapport E/C est un facteur important de la porosité et de la classe de résistance du béton. Le but de cette étude est de quantifier l’influence des isolants qui absorberont l’eau du béton frais avec différents ciments et divers rapports E/C. Parallèlement, nous nous intéresserons au comportement des isolants en contact avec le béton. Les valeurs utilisées pour calculer les performances énergétiques d’un bâtiment sont prises dans les documentations techniques et sont données pour des matériaux secs et dans des conditions optimales. Les isolants des rupteurs sont soumis à diverses températures et hygrométrie, d’où une variation de leur conductivité. Ils sont ensuite coulés dans le béton, ce qui implique un contact direct avec l’eau. Une fois en place, ils seront soumis aux phénomènes naturels (météorologiques, biologiques et thermiques), aux remontées capillaires d’humidité dans les murs et aux transferts de masses, tout comme les isolants des parois. Pour comprendre l’Influence de la mise en œuvre du béton frais en contact avec des isolants sur sa qualité, la première étape consiste à étudier le comportement des isolants en présence d’eau.
MARTIN Jean-François Projet de Fin d’Etude Génie Civil 2009 5/47
