Les essais sur le terrain des matériaux de maçonnerie font partie de nombreux programmes d’assurance de la qualité des projets. Correctement réalisés, les essais peuvent fournir les assurances nécessaires que les matériaux utilisés dans la construction sont conformes aux spécifications pertinentes et que la construction résultante fonctionnera comme prévu.
Nous avons tous été sur des projets, cependant, lorsque le mot revient que les résultats des tests étaient « non conformes ». Ce terme redouté conduit à des arrêts de projet, à d’innombrables réunions, à des tests supplémentaires et, dans des cas extrêmes, à la suppression de la construction existante. Malheureusement, parfois, la cause première de ces programmes n’est pas la qualité des matériaux ou de la construction, mais des tests inappropriés ou une application incorrecte des spécifications et des méthodes d’essai ASTM. Cet article se concentre sur certains des tests de terrain courants effectués sur des matériaux de maçonnerie, afin de s’assurer que ces tests sont effectués correctement. En tant qu’ancien directeur de laboratoire et membre actif des comités de l’ASTM relatifs aux tests, j’ai vu de nombreux problèmes liés aux tests sur des projets et j’espère que cet article pourra fournir de bonnes informations sur la façon d’éviter les problèmes à l’avenir.
Essais de mortier de maçonnerie
Il se passe rarement une semaine où je ne reçois pas d’appel concernant des essais de faible résistance à la compression du mortier de maçonnerie qui ont retardé les projets. Les méthodes d’essai, les spécifications et les exigences relatives au mortier de maçonnerie sont probablement les plus souvent mal comprises et mal appliquées de tous les matériaux de maçonnerie. Discutons des normes applicables au mortier et de la manière de les utiliser correctement.
Il existe deux normes ASTM principales relatives au mortier de maçonnerie. Le premier est ASTM C270, Spécification standard pour le mortier pour la maçonnerie unitaire. Cette norme comprend les exigences relatives au mortier de maçonnerie et contient deux spécifications distinctes pour le mortier. La première est la spécification de proportion et elle spécifie une « recette » particulière pour le mortier de maçonnerie. Il peut être utilisé lorsque les matériaux constitutifs utilisés dans le mortier (tels que le ciment, la chaux et le sable) répondent à leurs spécifications pertinentes et sont combinés dans les proportions spécifiques contenues dans la norme ASTM C270 (comme un rapport d’une partie de ciment de maçonnerie à trois parties de sable). Lors de l’utilisation de la spécification de proportion, il n’y a pas d’exigences de propriété physique pour le mortier.
La deuxième spécification est la spécification de propriété. Lorsqu’il est utilisé, un mortier est mélangé dans un laboratoire en utilisant les proportions et les matériaux souhaités, puis testé en laboratoire pour la résistance à la compression, la rétention d’eau et la teneur en air. Le mortier doit répondre aux exigences de propriété contenues dans la norme ASTM C270. En supposant que les résultats soient satisfaisants, les matériaux et les proportions sont ceux qui doivent être utilisés sur le terrain. La chose la plus importante à retenir à ce sujet est probablement que les propriétés contenues dans la norme ASTM C270 ne s’appliquent qu’aux mortiers mélangés et testés en laboratoire.
L’autre norme principale pour le mortier est la norme ASTM C780, Méthode d’Essai Standard pour la Préconstruction et l’Évaluation de la Construction des Mortiers pour la Maçonnerie Unie et Renforcée. Cette norme contient une série de tests permettant d’évaluer diverses propriétés du mortier sur le terrain. Des propriétés telles que la consistance, la durée de vie du panneau, le rapport mortier-agrégat et la résistance à la compression peuvent être déterminées à l’aide de cette norme. La résistance à la compression est celle qui est le plus souvent spécifiée, et généralement la source de la plupart des problèmes d’essais de mortier.
Lorsque je reçois un appel téléphonique sur les résultats du mortier, l’une des premières questions que l’on me pose est « Quelles sont les exigences en matière de résistance à la compression du mortier lorsqu’il est testé sur le terrain? »La réponse, tout simplement, est qu’il n’y a pas d’exigences. Je le répéterai encore une fois: aucune norme ASTM ne contient d’exigences de résistance à la compression pour le mortier échantillonné sur le terrain. De plus, les exigences relatives à la résistance à la compression contenues dans la norme ASTM C270 ne devraient pas être appliquées aux mortiers de campagne.
Pour comprendre pourquoi, une petite discussion sur les procédures de laboratoire est nécessaire. Lorsque les mortiers sont mélangés en laboratoire, la quantité d’eau ajoutée est contrôlée en veillant à ce que le « débit » du mortier se situe dans une plage spécifiée (Voir la figure 1 pour un test de débit). Ce « flux », ou consistance, est beaucoup plus rigide que celui utilisé sur le terrain (du moins lorsqu’il sort du mélangeur). Ceci est fait pour que la teneur en eau du mortier de laboratoire soit plus représentative de la teneur en eau du mortier après sa mise en place sur les unités.
Sur le terrain, le mortier est mélangé à plus d’eau qu’en laboratoire pour fournir aux maçons un matériau utilisable pour une fabrication de qualité. Lorsque le mortier est placé sur des unités de maçonnerie, une partie de cette eau est absorbée dans l’unité, ce qui réduit le rapport eau / ciment du mortier. Toutes choses étant égales par ailleurs, plus le rapport eau/ciment est élevé, plus la résistance à la compression est faible. Pour le mortier échantillonné sur le terrain, le mortier est placé dans des moules non absorbants immédiatement après le mélange, de sorte que l’excès d’eau n’est pas éliminé.
En raison des différences dans les matériaux et les méthodes d’essai, il faut s’attendre à ce que le mortier de campagne ait une résistance inférieure à celle du mortier de laboratoire et ne réponde pas aux exigences de la norme ASTM C270. Malheureusement, les exigences de résistance de la norme ASTM C270 sont souvent appliquées aux mortiers de campagne, ce qui conduit aux résultats redoutés « non conformes ». Non pas que je veuille me répéter, mais je le répète: aucune norme ASTM ne contient d’exigences de résistance à la compression pour le mortier échantillonné sur le terrain.
Pourquoi alors, faisons-nous même des tests de résistance à la compression sur le terrain? Personnellement, je préférerais que cela ne se fasse pas. Les essais sur le terrain du mortier ont deux objectifs principaux – s’assurer que les matériaux et les proportions utilisés sont ceux qui ont été déterminés par le processus ASTM C270 et assurer la cohérence globale du mortier tout au long du projet. Les tests de résistance à la compression n’accomplissent vraiment aucun de ceux-ci.
Au lieu de la résistance à la compression, je recommanderais d’utiliser le test de rapport mortier-agrégat contenu dans la norme ASTM C780 pour évaluer le mortier de campagne. Ce test simple permet de déterminer les pourcentages relatifs des matériaux utilisés dans le mortier (ciment et sable). Les résultats peuvent être directement comparés aux proportions requises pour le projet. Dans ce test, deux échantillons de mortier sont prélevés immédiatement après le mélange, puis placés dans un récipient contenant de l’alcool isopropylique pour retarder le processus d’hydratation du ciment. Les échantillons sont ramenés au laboratoire et tamisés par voie humide afin de déterminer les proportions des matériaux constitutifs utilisés.
Gardez le rapport mortier-agrégat à l’esprit pour les projets futurs, et vous pouvez potentiellement économiser les maux de tête de résistance à la compression du mortier, je suis sûr que vous avez dû faire face à un moment ou à un autre.
Test de coulis de maçonnerie
Le coulis de maçonnerie est utilisé pour remplir les cellules des unités et les vides de la construction en maçonnerie afin de lier les unités, le mortier et le renforcement en un seul assemblage composite. Habituellement, le coulis est spécifié par la résistance à la compression, de sorte que les tests sur le terrain du coulis sur le chantier sont très courants. La méthode utilisée pour tester le coulis est la norme ASTM C1019, Méthode d’essai standard pour l’échantillonnage et l’essai du coulis.
Comme pour le mortier de maçonnerie, le coulis de maçonnerie fait face à des situations similaires par rapport à la teneur en eau lorsqu’il est placé dans le mur. Le coulis doit être mélangé à un état très fluide pour s’écouler efficacement à travers les vides et autour des armatures, et les unités de maçonnerie fournissent des surfaces absorbantes où l’excès d’eau dans le coulis est absorbé. Pour cette raison, le rapport eau / ciment dans le coulis change également après la mise en place. Pour tenir compte de cela, la méthode standard de moulage des échantillons de coulis utilise des unités de maçonnerie comme moule. Généralement appelé moule à « roue dentée », le moule à échantillon est construit en plaçant quatre unités utilisées dans la construction correspondante ensemble pour former un moule prismatique. (Voir Figure 2). Les surfaces des unités sont recouvertes d’un matériau mince et perméable (comme une serviette en papier) pour permettre la pénétration de l’eau tout en empêchant les échantillons de se lier réellement aux unités elles-mêmes.
La méthode du moulinet pour former des échantillons de coulis existe depuis très longtemps, et c’est ma méthode préférée pour faire des échantillons de coulis. La méthode, cependant, nécessite une grande surface pour fabriquer des spécimens (car il faut en faire au moins trois – et parfois plus – à la fois). Pour résoudre certains de ces problèmes, d’autres méthodes de formage ont été développées pour essayer de simplifier le processus pour les techniciens de test. Une telle méthode consiste à utiliser des boîtes en carton ondulé spécialement conçues. L’intention est que le carton puisse fournir une partie de l’absorption d’eau comme vous le voyez dans les unités de maçonnerie, mais la similitude de cette absorption avec la construction correspondante peut ne pas être connue.
Pour cette raison, la norme ASTM C1019 impose des exigences supplémentaires sur l’utilisation d’autres méthodes de formage. Premièrement, une méthode de formage alternative ne peut être utilisée que si elle est approuvée par le spécificateur. Si vous voyez un technicien de test utiliser une méthode alternative, assurez-vous que le spécificateur de projet est au courant et approuve la méthode. Deuxièmement, un facteur de conversion doit être développé entre la méthode standard de la roue dentée et la méthode alternative. Ceci est fait par des tests comparatifs d’au moins 10 paires d’échantillons, et le facteur de conversion est appliqué aux résultats des tests en utilisant la méthode de formage alternative.
L’approbation de la méthode par le spécificateur et des facteurs de conversion est limitée à une seule forme d’échantillon, à la méthode de formage, aux unités de maçonnerie utilisées et au mélange de coulis. Bien qu’il soit possible que toutes ces variables s’alignent pour plusieurs projets, dans de nombreux cas, le facteur de conversion est spécifique au projet. Enfin, le coefficient de variation des résultats d’essai pour la méthode de formage alternative doit être inférieur ou égal au coefficient de variation utilisant la méthode de formage standard.
Comme on peut le voir, un examen et une application attentifs de méthodes de formage alternatives sont nécessaires pour assurer le succès du projet.
Test de prisme de maçonnerie
Les tests de prismes de maçonnerie peuvent être utilisés sur des projets avant et pendant la construction pour déterminer la conformité à la « résistance à la compression spécifiée de la maçonnerie », notée f’m. Cette valeur est la résistance à la compression minimale requise par la maçonnerie utilisée dans la construction et est désignée par les spécifications du projet ou les dessins du projet. En termes simples, c’est la valeur que le concepteur d’un bâtiment utilise pour tenir compte de la résistance à la compression globale de l’ensemble de maçonnerie, et il est très important que la construction telle que construite soit conforme à cette exigence.
Il existe plusieurs méthodes pour déterminer la conformité, dont l’une consiste à tester les prismes de maçonnerie conformément à la norme ASTM C1314, Méthode d’essai standard pour la résistance à la compression des prismes de maçonnerie. Les prismes sont construits à l’aide de plusieurs unités de maçonnerie et doivent contenir au moins un joint de lit. Pour les unités de maçonnerie en béton, elles sont généralement construites avec deux unités, comme le montre la figure 3. Les unités d’autres tailles peuvent nécessiter des configurations différentes, car la norme ASTM C1314 exige que les prismes aient un rapport d’aspect (hauteur divisée par la moindre dimension latérale) d’au moins 1,3 ni plus de 5.
Bien que les techniciens de test soient généralement responsables des tests de prisme de maçonnerie, il est très important que les maçons réels construisent le prisme. Les techniciens doivent observer et s’assurer que les détails de construction sont corrects, mais cela nécessite les compétences d’un maçon pour s’assurer que les prismes construits sont représentatifs de la construction réelle. Il existe certaines exigences spécifiques à la construction contenues dans la norme ASTM C1314 que vous devez être sûr de connaître.
Quelle que soit la configuration de la construction réelle, les exigences suivantes s’appliquent à tous les prismes:
- Les prismes doivent toujours être construits en configuration de liaison en pile (pas de liaison en cours d’exécution)
- Les prismes doivent toujours avoir un lit de mortier complet (pas seulement de face-coquille)
- Les joints des prismes doivent toujours être frappés à ras (pas usinés)
La recherche a montré que ces détails de construction créent en fait des résultats plus cohérents et reproductibles, et que ces résultats représentent mieux la construction en maçonnerie.
Il est également important de noter que la norme ASTM C1314 exige que des ensembles de prismes soient construits pour toutes les combinaisons de variables. En d’autres termes, si la construction doit être partiellement jointoyée, deux ensembles de prismes sont nécessaires – un ensemble non groupé et l’autre ensemble jointoyé. La norme spécifie également qu’un ensemble se compose de trois prismes individuels.
Après la construction, les prismes doivent être scellés dans un sac étanche à l’humidité et stockés sans être perturbés sur le chantier pendant 48 heures. Les prismes doivent être protégés du gel et stockés avec un thermomètre maximum-minimum pour surveiller les températures de durcissement. Enfin, le transport des prismes du travail au laboratoire est très important. La norme ASTM C1314 exige que les prismes soient attachés ou serrés pour éviter tout dommage pendant la manipulation et le transport, et que les prismes soient fixés pour éviter les chocs, les rebonds ou les basculements pendant le transport. La figure 4 montre un exemple d’un bon moyen de sécuriser les spécimens.
Résumé
Les tests sont un élément très important du programme d’assurance de la qualité pour la construction en maçonnerie. S’assurer que les tests sont corrigés permet de réduire les problèmes et de faire avancer les travaux. J’espère que cet article aidera à identifier certaines choses à surveiller lorsque les matériaux seront échantillonnés et testés lors de votre prochain projet.
