Technologie et généralités sur le béton
Technologie et généralités sur le béton:
1- Technologie et généralités:
1-1: Définition du Béton:
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| Technologie et généralités sur le béton |
Béton est un terme générique qui désigne un matériau de construction composite fabriqué à partir de granulats (sable, gravillons) agglomérés par un liant.
Le liant peut être « hydraulique » (car il fait prise par hydratation; ce liant est couramment appelé ciment); on obtient dans ce cas un béton de ciment. On peut aussi utiliser un liant hydrocarboné (bitume), ce qui conduit à la fabrication du béton bitumineux. Le coulis est un mélange très fluide de ciment et d'eau. Enfin, lorsque les agrégats utilisés avec le liant hydraulique se réduisent à des sables, on parle alors de mortier (sauf si l'on optimise la courbe granulaire du sable et dans ce cas on parle de béton de sable).
1- 2: Histoire:
En raison de son importance stratégique, sa recette est un secret militaire gardé confidentiel par les Cimmériens, les Phéniciens et les Égyptiens. Permettant la construction de ports artificiels, de forteresses, de temples et de monuments commémoratifs, il se répand dans les colonies grecques grâce aux conquêtes d'Alexandre le Grand, puis dans l'empire romain, après son alliance avec Neapolis avant de tomber en désuétude à la chute de celui-ci.
Redécouvert par l'occident seulement depuis le XIXe siècle notamment grâce à Louis Vicat, le béton de ciment est, à l'heure actuelle, le matériau de construction le plus utilisé.
La réaction chimique qui permet au béton de ciment de faire prise est assez lente: à peine 75 % de la résistance mécanique finale au bout de 7 jours. La vitesse de durcissement du béton peut cependant être affectée par la nature du ciment utilisé et par la température du matériau lors de son durcissement. La valeur prise comme référence dans les calculs de résistance est celle obtenue à 28 jours (80 % de la résistance finale). Le délai de 28 jours a été choisi afin de pouvoir contrôler la résistance 4 semaines après avoir coulé le béton.
Ainsi, un béton coulé un vendredi sera vérifié un vendredi, ce qui évitera d'avoir à faire des tests durant les week-ends. Il est possible de modifier la vitesse de prise en incorporant au béton frais des adjuvants (additifs) ou en utilisant un ciment prompt (ciment Vicat). Il existe d'autres types d'adjuvants qui permettent de modifier certaines propriétés physico-chimiques des bétons. On peut, par exemple, augmenter la fluidité du béton pour faciliter sa mise en oeuvre en utilisant des plastifiants, le rendre hydrofuge par l'adjonction d'un liquide hydrofuge ou d'une résine polymère, ou maîtriser la quantité d'air incluse avec un entraîneur d'air.
1-3: Composition du béton:
Le béton se compose des granulats (sable + gravier), du ciment et de l’eau. Et pour améliorer les caractéristiques mécaniques ou celles de la mise en place du béton on ajoute des adjuvants.
1-3-1 : Granulats:
Les granulats sont des matériaux inertes provenant de la fragmentation naturelle ou artificielle de la roche meuble, massive ou d’un élément analogue constitué artificiellement tel que les sous produit de l’industrie.
Ces matériaux pierreux grenus d’origine naturelle, artificielle ou provenant du recyclage de matériaux inorganiques sont utilisés en construction. Les dimensions sont comprises en générales entre 0 et 125 mm.
Les propriétés des granulats influencent directement les caractéristiques du béton telle que l’esthétique, les propriétés mécaniques et la durabilité.
Les propriétés de fabrication (forme, granulométrie, propreté), résultent du processus de fabrication et influencent très fortement les propriétés du béton telles que la teneur en eau, l’ouvrabilité et par suite les propriétés mécaniques.
Actuellement, l’épuisement des ressources en granulats naturels, la volonté de mieux tenir compte de l’environnement , l’entrée en vigueur des normes, ainsi que l’évolution des matériels d’élaboration et des produits , imposent d’étudier la pertinence des essais de granulats vis-à-vis de l’usage attendu et de fonder scientifiquement les spécifications. Pour cela, les essais doivent être adaptés et de nouveaux essais créés.
-- Classification des granulats:
On peut classer les granulats selon plusieurs critères. Ces critères peuvent être soit l’origine, la densité ou les dimensions.
-> Densité :
Une première classification peut être faite selon la densité des granulats. Ils sont appelés:
. Granulats courants lorsqu’ils rentrent dans la fabrication des bétons courants d’une densité de l’ordre de 2,4 t/m3.
. Granulats léger ayant une masse volumique inférieure à 2 t/m3 , elle peut même être inférieure à 1 t/m3 .
. Granulats lourds entrant dans la composition des bétons lourds dont la masse volumique dépasse 3t/m3 . Elle peut atteindre une masse volumique de 4t/m3.
-> Origines :
Une deuxième classification peut être faite selon la provenance . C’est ainsi qu’en fonction de leur origine et de leur mode de préparation, les granulats peuvent être classés en:
. Les granulats naturels:
Ils sont extraits de leur site géologique, ils sont donc des produits naturels issus de roches meubles ou massives et qui n’ont subit aucun traitement autre que mécanique.
Dans cette catégorie on inclut généralement les granulats roulés, les granulats concassés et les granulats mixtes:
Les granulats roulés: proviennent de la désagrégation de roches soumises aux effets de l’érosion.
Les granulats concassés: sont extraits par fragmentation à l’explosif d’un massif rocheux puis ils subissent un broyage mécanique puis un tris.Les granulats mixtes: sont des granulats alluvionnaires (roulées à l’origine) mais qui ont subit une fragmentation mécanique par concassage pour réduire et ramener les dimensions à des valeurs inférieures.
. Les granulats artificiels:
Il proviennent de la transformation à la fois thermique et mécanique de roches et de minerais. Ils peuvent être constitué de laitier concassée, cendre frittée, silice, granulé expansé, schiste expansé ou argile granulé expansée.
Proviennent de la démolition d’ouvrages et des matériaux de récupération qui peuvent être réutilisés. Les matériaux de recyclage font partie des matériaux dont la consommation pourrait se développer malgré des limites techniques d’emploi.
Remarque: L’orientation générale dans les pays industrialisés vise à prendre en compte la dimension environnementale. Ces préoccupations environnementales conduisent de plus en plus à considérer comme source potentielle de granulats provenant de sous produits des matériaux ou des matériaux recyclés notamment. Cependant le comportement de ces granulats recyclés est aujourd’hui mal connu.
Les granulats peuvent être classés suivant la distribution dimensionnelle des grains appelé granularité. En effet la granularité est la distribution dimensionnelle des grains, exprimée en pourcentage de masse, passent au travers d’un nombre spécifié de tamis lors d’une opération de criblage ou tamisage d’un granulat. Ils sont donc classées en fonction de la grosseur des grains déterminée par criblage sur des tamis normalisés à maille carrées.
-- Granulométrie:
Avant d’étudier la granulométrie on précise les notions suivantes :
- Classe granulaire: C’est l’intervalle d/D dans lequel d et D représentent respectivement la plus petite et la plus grande des dimensions du matériau.
- On appelle granulat 0/D lorsque le refus sur le tamis D est inférieur à 1%.- Granulométrie ou analyse granulométrique: Correspond à la détermination de la granularité c'est-à-dire la détermination des quantités des diverses fractions d’un échantillon. Elle permet de déterminer la grosseur et les pourcentages pondéraux respectifs des différentes familles de grains
constituant l’échantillon.
- Courbe granulométrique: Elle traduit la distribution en masse des grains par classe granulaire.
- Fuseau granulométrique: Zone délimitée par deux courbes granulométriques , non sécantes.
La séparation des granulats en classes en vue de tracer la courbe granulométrique peut être réalisée selon plusieurs méthodes dont les principales sont:
-> Tamisage: C’est la méthode la plus répandue surtout pour l’analyse des agrégats ou des
particules supérieures à 50μm . Elle permet dans certain cas d’analyser des particules fines (jusqu’à 5μm). Cette méthode demande par contre des temps d’analyse relativement longs de 5 à 30 min.
-> La sédimentation: Cette méthode est relativement rapide (3 à 10 min), mais ne devrait être utilisée que dans le cas de particules de densité connue et homogène.
-> La diffraction laser: Cette méthode sera utilisé dans le cas de particules fines à très fines et lorsque un grand nombre d’analyses doivent être effectuées.
La première méthode est la plus utilisée pour les granulats entrants dans la fabrication de béton ou de chaussé.
Elle consiste à classer les différents grains à l’aide d’une série de tamis, emboîtés les uns dans les autres, dont les ouvertures sont décroissantes du haut vers le bas. On place ensuite le matériau en partie supérieure et on obtient le classement par vibration, manuelle ou à l’aide d’une machine de la colonne de tamis.
L’équipement nécessaire pour faire une opération de tamisage sont des tamis qui sont constitués d’un maillage métallique définissant des trous carrés e dimensions normalisées.
Les cotés des mailles sont échelonnés de 0,04mm jusqu’à 80mm.
- On appelle refus le poids de matériau retenu par un tamis.
- On appelle tamisât le poids de matériau passant par ce même tamis.
Les pourcentages des refus cumulés ou ceux des tamisât cumulés sont représentés
sous la forme d’une courbe granulométrique, en portant les ouvertures des tamis en
abscisse, sur une échelle arithmétique. La courbe est tracée de manière continue.
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| Figure VI.2 : Courbe granulométrique |
Selon la dimension des grains on classe les granulats en plusieurs catégories :
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| Tableau VI.1 : Classement des grains selon leurs catégories |
-- Utilisation des granulats :
Les granulats constituent la ressource la plus consommée après l’eau. Les domaines
d’application des granulats sont très variés et ils sont destinés notamment à être utilisés :
. Avec un liant hydraulique tel que le ciment , pour fabriquer des mortiers et bétons hydrauliques destinés au bâtiment et ouvrages d’art.
. Avec un liant hydrocarboné tel que le bitume, pour fabriquer des enrobés, graves traitées et non traitées destinées à des couches de fondation, de base, de liaison et de roulement des chaussées.
. Dans les ballasts, gravillons de soufflage est assises pour voies ferroviaires.
. Non liés pour faire des drains, des filtres et certaines assises.
--- Sable :
-- Introduction :
Nous avons défini dans le tableau des classes granulaires par les éléments compris ente le tamis de module 20 et le tamis de module 38.
L’origine des sables peut être résumé dans les points suivants :Le sable est utilisé dans la construction soit pour fabriquer des mortiers et bétons hydrauliques soit pour fabriquer des enrobés, graves traitées et non traité destinés aux divers couches des chaussées.
. Sable concassage obtenu par concassage des roches dans les carrières après abattage et criblage.
. Sable de rivière obtenu par dragage dans les rivières actuelles ou uniquement par ramassage dans les lits des rivières intermittentes. Une opération de criblage est nécessaire.
. Sable de mer obtenu par dragage ou par ramassage sur les bords de la mer.
. Sable de dune de désert ; c’est un sable de qualité très médiocre pour la construction. Il est constitué d’éléments très réguliers et très fins.
. Sable de laitier : obtenu par concassage des laitiers granulés ou bouletés.
--- Propriétés des sables :
-- Granulométrie :
L’analyse granulométrique consiste à séparer les grains de sable par tamisage d’un échantillon de masse connue, au moyen d’une série de tamis et à peser les refus cumulés sur chaque tamis. Les masses des différents refus ou des passants sont rapportées à la masse initiale du matériau sec soumis à l’essai et les pourcentages ainsi obtenus sont restitués soit sous forme numérique, soit sous forme graphique comme courbe granulométrique.
Normalement les dimensions nominales d’ouverture des tamis sont choisies en fonction de la nature de l’échantillon et de l’objectif fixé à l’analyse. Cependant une série représentative pour réaliser l’essai est composée des tamis de module 20, 23, 26, 29, 32, 35,38.
. Module de finesse :
Le caractère plus ou moins fin d’un sable peut être quantifié par le calcul de son module de finesse MF.
Le module de finesse est le centième de la somme des refus (exprimés en %) des tamis suivants : 0,08 – 0,16 – 0,315 – 0,63 – 1,25 – 2,5 et 5mm.
Ces tamis ont pour module : 20, 23, 26, 29, 32, 35, 38.
MF = (1/100) Σ ( refus cumulés en % des tamis 20, 23, 26, 29, 32, 35, 38.
On utilise ce paramètre pour caractériser la finesse des sables utilisés pour les bétons. Il est recommandé d’avoir un sable dont le module de finesse est compris entre 2,2 et 3,5.
. Propreté :
Le sable utilisé dans la construction doit être propre. Ils sont en particulier prohibées les impuretés tels que: bois, charbons; argiles en mottes trop de coquillages…
En fait, on tolère ces impuretés, sous réserve qu’elles soient finement réparties dans l’ensemble des granulats et que leur pourcentage ne dépasse pas des valeurs trop élevées.
Les différents aspects liés à la propreté des sables sont résumés dans les points suivants :
-- Sulfates et sulfures :
La teneur en soufre totale , exprimée en anhydride sulfurique (SO3), ne dépassera pas 1% du poids total des granulats.
De plus la répartition de ces impuretés doit être uniforme et les grains qui les constituent doivent avoir un volume inférieur à 0,5 cm3.
-- Eléments très fins (argile, limons, vases et matières solubles) :
Ces éléments ne doivent pas adhérer aux grains du sable. Leur teneur déterminée par décantation conformément à la norme marocaine sur la technique des essais MN 10.1.B.25 ne dépassera pas un pourcentage rapporté au poids total de l’échantillon du sable.
-- L’essai au bleu de méthylène :
Le but de cet essai est d’apprécier globalement la quantité et la qualité de la faction argileuse (<2μ) présente dans le sable pour apprécier sa capacité d’absorption. Il consiste à doser le poids de bleu de méthylène, nécessaire pour recouvrir les surfaces externes et interne des particules fines, en suspension dans l’eau.
La quantité de bleu consommée donne une indication de la quantité d’argile. C’est ainsi qu’on peut évaluer le degré de pollution argileuse des fines contenues dans les sables.
-- Les matières organiques :
Parmi ces matières, il faut distinguer d’une part les débris végétaux , et d’autre part les
résidus organiques qui correspondent à un stade avancé de la décomposition d’organisme
végétaux ou animaux.
-- L’équivalent de sable :
Il permet de mesurer la propreté d’un sable. Il rend compte globalement de la quantité et de la qualité des éléments fins. Il est exprimé par un rapport conventionnel volumétrique entre les éléments sableux de dimension supérieure à 0,08 mm qui sédimentent et les éléments fins argileux de dimension inférieure à 0,08 mm.
Cet essai consiste à séparer les particules fines des éléments plus grossiers. Une procédure normalisée permet de déterminer un coefficient d’équivalent de sable qui qualifie la propreté de celui-ci. En effet , la présence d’éléments fins diminue l’adhérence liant/granulat.
Un échantillon de sable est lavé au moyen d’une solution floculante qui agglomère les particules les plus fines. La solution est ensuite déversée dans une éprouvette où le sable proprement dit sédimente en premier suivi du floculat qui vient se déposer à la surface.
Le rapport entre la hauteur du sable sédimenté et la hauteur totale du dépôt (sable sédimenté + floculat) multiplié par 100 est appelé équivalent de sable.
Cet essai est sensible tant à la quantité des fines qu’à la qualité des fines , les fines argileuses étant plus sensibles à la floculation que les autres.
-- Indice de concassage :
On appelle indice de concassage le pourcentage de refus à la maille ‘d’ d’un matériau d’origine 0/D servi à élaborer le matériau 0/d. Cet indice reflète l’angularité de l’élément qui, à fort pourcentage, permet d’augmenter la résistance au fluage, et offre une bonne rugosité de la surface de roulement.
-- Friabilité :
La dureté des sables est déterminée par un essai de friabilité. L’essai consiste à mesurer l’évolution granulométrique des sables produite dans un broyeur, dans des conditions bien définies, par fragmentation à l’aide d’une charge en présence d’eau. Cette évolution est caractérisée par la quantité d’éléments inférieures à 50μm produits au cours de l’essai.
-- Teneur en eau :
C’est la masse d’eau interstitielle (eau situé entre les grains du sable), contenue dans le sable par rapport au matériau sec. On appelle cette valeur : teneur en eau W .
Cette valeur a une grande importance, car de celle-ci, découle la quantité d’eau d’apport (eau introduite dans le malaxeur), nécessaire au moment du gâchage.
Après prélèvement d’une masse d’échantillon, il sera pesé tel que. Ensuite, il sera séché et repesé. On obtiendra la valeur de la teneur en eau en divisant par la masse sèche la différence entre la masse humide et la masse sèche, le tout sera multiplié par 100 pour obtenir un pourcentage.
Avec :
- Ms = masse sèche du sable.
- Mh = masse humide du sable.
- w = teneur en eau en pourcentage.
-- Masse volumique :
La masse volumique est la masse du matériau par unité de volume, exprimée en t/m3, kg/dm3 ou en g/cm3 .Cette masse volumique intègre les grains de l’agrégats mais peut aussi intégrer ou non les vides compris entre ces grains. C’est ainsi qu’on distingue la masse volumique apparente de la masse volumique absolue.
-- Foisonnement du sable :
Le foisonnement du sable représente l’évolution de la masse volumique apparente en fonction de la teneur en eau du sable. C’est une propriété importante dans la mesure où l’ajout d’une quantité d’eau à un sable sec fait varier son volume apparent. La non considération des effets du foisonnement peut avoir des conséquences par exemple sur le transport du sable; la composition du béton dosé en volume.
--- Gravillons :
-- Introduction :
Les gravillons sont les éléments compris entre le tamis de module 38 et le tamis de module 44, mais peut toléré les classes allant jusqu’au tamis 50.
D’une manière générale cette classe granulaires 5/80 est utilisée dans la construction soit pour fabriquer le béton hydraulique soit pour fabriquer des enrobés, graves traitées et non traité destinés aux divers couches de chaussées. Il est aussi utilisée sous forme non lier pour réaliser des drains , des filtres et pour certaines assises (canalisation, carrelage…).
On classe les gravillons en granulats roulés et granulats concassés selon l’origine.
-- Propriétés des gravillons :
. Granularité , granulométrie :
L’analyse granulométrique comme il est indiqué dans le paragraphe du sable consiste à séparer les grains par tamisage d’un échantillon de masse connue, au moyen d’une série de tamis et à peser les refus cumulés sur chaque tamis. Les masses des différents refus ou des passants sont rapportées à la masse initiale du matériau sec soumis à l’essai et les pourcentages ainsi obtenus sont restitués sous forme numérique, soit sous forme graphique: courbe granulométrique.
. Forme des grains d’un gravillons :
Les grains d’un gravier peuvent avoir une forme arrondie, en aiguilles ou en plaquettes. Ces formes interviennent dans l’efficacité de l’utilisation d’un gravier, des grains en aiguilles ou en plaquette rendent le béton peu maniable et nuisent à sa mise en place en plus et sa compacité se trouve réduite alors que la porosité augmente.
Comme ces facteurs affectent directement la résistance du béton ainsi que sa perméabilité.
Le gravillon doit alors contenir des grains qui se rapprochent d’une forme arrondie et le moins possible d’éléments de forme plate ou allongée (plaquettes ou aiguilles).
Pour estimer cette propriété plusieurs coefficients et méthodes sont utilisées, le principe reste donc le fait de refléter la proportion de grains arrondies par rapport aux grains allongés et par conséquent l’objectif recherché est de caractériser la forme d’un granulat.
Ces méthodes sont spécifiées dans les normes.
. Propreté :
Cette caractéristique concerne la propreté superficielle d’un gravillon, en effet les éléments très fins (argile, limons, vases et matières solubles) nuisent à l’adhérence des gravillons aux liants hydrauliques. Ces éléments ne doivent pas dépasser une teneur définit par les normes d’utilisation des granulats. Elle est déterminée par des pesées avant et après lavage et séchage des grains rapporté au poids total de l’échantillon propre. Cette teneur ne doit pas dépasser un pourcentage fixé par les normes.
. Teneur en eau :
C’est la masse d’eau interstitielle située entre les grains, rapporter au matériau sec.
On appelle cette valeur teneur en eau w .
Cette valeur a une grande importance, car de celle-ci, découle la quantité d’eau d’apport (eau introduite dans le malaxeur), nécessaire au moment du gâchage.
. Masse volumique :
Comme pour le sable, la masse volumique d’un gravillon est la masse du matériau par unité de volume, exprimé en g/cm3. Cette masse volumique intègre les grains de l’agrégats mais peut aussi intégrer ou non les vides compris entre ces grains. C’est ainsi qu’on distingue la masse volumique apparente de la masse volumique absolue.
- Porosité, compacité et absorption :
On définit l’indice des vides comme étant le rapport entre le volume occupé par les vides et le volume de la partie solide des grains, V étant le volume total occupé par les granulats.
Avec : Vv = volume des vides = V- Vs
Vs = volume du solide.
Indice des vides du gravillon :
Dans ce cas la compacité : ɣ est le rapport entre le volume occupé par la partie solide
des grains et le volume total des granulats.
- L’absorption :
Le coefficient d’absorption d’eau est défini comme étant le rapport de l’augmentation de masse de l’échantillon entraînée par une imbibition partielle en eau, à la masse sèche de l’échantillon.
Cette imbibition partielle est obtenue par immersion de l’échantillon dans l’eau pendant 24 heures à 20 °C à la pression atmosphérique.
Il est déterminer à partir des masses de granulats d’origine naturelle ou artificielle saturés mais à surface sèche.
L’importance de ce coefficient est du fait que la quantité d’eau pouvant être absorbée par les granulats pendant le malaxage peut conduire à une perte de maniabilité, voir à un manque d’hydratation des liants. Il faudra en tenir compte si les granulats sont trop poreux.
. La résistance mécanique :
En principe la résistance des granulats ; peut se faire par l’évaluation de résistance à la fragmentation lors de chocs, par résistance à l’attrition et à l’usure et en fin par résistance au polissage.
On distingue donc l’essai de la résistance aux chocs (aptitude à se fragmenter) par l’essai Los Angeles, la résistance à l’usure par frottement mesurée par l’essai Micro-Deval et la résistance au polissage des gravillons.
1-3-2 : Le ciment :
--- Définitions :
Le ciment, du latin « caementum » qui signifiait ‘ pierre naturelle, non taillée ‘. Le ciment est un matériau inorganique finement moulu qui, gâché avec de l’eau, forme une pâte qui fait prise et durcit en réaction au processus d’hydratation d’où le nom de liant hydraulique. Après durcissement, cette pâte conserve sa résistance et sa stabilité, même sous l’eau. Le ciment est un constituant de base du béton.
--- Le principe de fabrication du ciment:
Le ciment est obtenu en cuisant des mélanges de calcaire et d'argile. Le procédé de fabrication consiste à concasser et à broyer ces deux matières premières,à les mélanger intimement dans des proportions bien définies, puis à les calciner dans un grand four rotatif porté à la température d'environ 1450°C. Les maté riaux s'agglomèrent et fusionnent partiellement pour former des nodules durs et noirs de 5 à 30 mm de diamètre : le clinker (terme anglais signifiant " scorie "). Ce dernier est stocké à l'abri car il réagit avec l'eau.
Ce clinker passe ensuite dans de grands cylindres métalliques remplis de boulets d'aciers, les broyeurs. La mise en rotation de ces derniers réduit le clinker en fine poudre et du gypse (sulfate de calcium hydraté) est généralement rajouté afin de contrôler la vitesse de prise lorsque au moment de la mise en oeuvre, on mélangera le ciment à l'eau. Le ciment Portland contient 5% de gypse. D'autres types peuvent être obtenus en mélangeant le
clinker broyé avec d'autres constituants broyés eux aussi, qui présentent des propriétés hydrauliques ou pouzzolaniques : ce sont soit des laitiers de hauts fourneaux granulés, soit des cendres volantes ou encore des pouzzolanes naturelles ou artificielles.
Il existe en outre des ciments spéciaux tels les alumineux ou les sur sulfatés.
Si un béton classique est constitué d'éléments de granulométrie décroissante, en commençant par les granulats le spectre granulométrique se poursuit avec la poudre de ciment puis parfois avec un matériau de granulométrie encore plus fine comme une fumée de silice (récupérée au niveau des filtres électrostatiques dans l'industrie de l'acier).
L'obtention d'un spectre granulométrique continu et étendu vers les faibles granulométries permet d'améliorer la compacité, donc les performances mécaniques.
L'eau a un double rôle d'hydratation de la poudre de ciment et de facilitation de la mise en oeuvre (ouvrabilité). En l'absence d'adjuvant plastifiant, la quantité d'eau est déterminée par la condition de mise en oeuvre. Un béton contient donc une part importante d'eau libre, ce qui conduit à une utilisation non optimale de la poudre de ciment. En ajoutant un plastifiant (appelé aussi réducteur d'eau), la quantité d'eau utilisée décroît et les performances mécaniques du matériau sont améliorées (BHP : béton hautes performances).
Les résistances mécaniques en compression obtenues classiquement sur éprouvettes cylindrique 16×32 mm, sont de l'ordre de:
· BFC : bétonnage fabriqué sur chantier : 25 à 35 MPa, peut parfois atteindre 50 MPa;
· BPE : béton prêt à l'emploi, bétonnage soigné en usine (préfabrication) : 40 à 60 MPa;
· BHP : béton hautes performances : jusqu'à 200 MPa;
· BUHP : béton ultra hautes performances, en laboratoire : 500 MPa.
La résistance en traction est moindre avec des valeurs de l'ordre 2,1 à 2,7 MPa pour un béton de type BFC.
La conductivité thermique couramment utilisée est de 1,75 W·m−1·K−1, à mi-chemin entre les matériaux métalliques et le bois.
· la méthode Baron;
· la méthode Bolomey;
· la méthode de Féret;
· la méthode de Faury;
· la méthode Dreux-Gorisse;
La formulation d'un béton doit intégrer avant tout les exigences de la norme NF EN 206-1, laquelle, en fonction de l'environnement dans lequel sera mis en place le béton, sera plus ou moins contraignante vis-à-vis de la quantité minimale de ciment à insérer dans la formule ainsi que la quantité d'eau maximum tolérée dans la formule. De même, à chaque environnement donné, une résistance garantie à 28 jours sur éprouvettes sera exigée aux producteurs, pouvant justifier des dosages de ciments plus ou moins supérieurs à la recommandation de la norme, et basée sur l'expérience propre à chaque entreprise, laquelle étant dépendante de ses matières premières dont la masse volumique peut varier, notamment celle des granulats.
D'autres exigences de la NF EN 206-1 imposent l'emploi des ciments particuliers en raison de milieux plus ou moins agressifs, ainsi que l'addition d'adjuvants conférant des propriétés différentes à la pâte de ciment que ce soit le délai de mise en oeuvre, la plasticité, la quantité d'air occlus, etc.
En général le béton peut être classé en quatre groupes, selon sa masse volumique ρ :
Béton très lourd : ρ > 2 500 kg/m3;
· béton lourd (béton courant) : ρ entre 1 800 et 2 500 kg/m3;
· béton léger : ρ = 500 à 1 800 kg/m3;
· béton très léger : ρ < 500 kg/m3.
Le béton courant peut aussi être classé en fonction de la nature des liants :
· béton de ciment ;
· béton silicate (Chaux) ;
· béton de gypse (gypse) ;
· béton asphalte.
Le béton peut varier en fonction de la nature des granulats, des adjuvants, des colorants, des traitements de surface et peut ainsi s’adapter aux exigences de chaque réalisation, par ses performances et par son aspect.
· Les bétons courants sont les plus utilisés, aussi bien dans le bâtiment qu'en travaux publics. Ils présentent une masse volumique de 2 300 kg/m3 environ. Ils peuvent être armés ou non, et lorsqu'ils sont très sollicités en flexion, précontraints.
· Les bétons lourds, dont les masses volumiques peuvent atteindre 6 000 kg/m3 servent, entre autres, pour la protection contre les rayons radioactifs.
· Les bétons de granulats légers, dont la résistance peut être élevée, sont employés dans le bâtiment, pour les plates-formes offshore ou les ponts.
· Les bétons cellulaires (bétons très légers) dont les masses volumiques sont inférieurs à 500 kg/m3. Ils sont utilisés dans le bâtiment, pour répondre aux problèmes d'isolation. Lors de sa réalisation on lui incorpore des produits moussants créant des porosités dans le béton.
· Les bétons de fibres : plus récents, correspondent à des usages très variés : dallages, éléments décoratifs, mobilier urbain.
1-7-1 : Les granulats naturels:
- Origine minéralogique :
Parmi les granulats naturels, les plus utilisés pour le béton proviennent de roches sédimentaires siliceuses ou calcaires, de roches métamorphiques telles que les quartz et quartzites, ou de roches éruptives telles que les basaltes, les granites, les porphyres.
- Granulats roulés et granulats de carrières :
Indépendamment de leur origine minéralogique, on classe les granulats en deux catégories :
Les granulats alluvionnaires, dits roulés, dont la forme a été acquise par l'érosion. Ces granulats sont lavés pour éliminer les particules argileuses, nuisibles à la résistance du béton et criblés pour obtenir différentes classes de dimension. Bien qu'on puisse trouver différentes roches selon la région d'origine, les granulats utilisés pour le béton sont le plus souvent siliceux, calcaires ou silico-calcaires;
1. les granulats de carrière sont obtenus par abattage et concassage, ce qui leur donnent des formes angulaires Une phase de pré-criblage est indispensable à l'obtention de granulats propres. Différentes phases de concassage aboutissent à l'obtention des classes granulaires souhaitées. Les granulats concassés présentent des caractéristiques qui dépendent d'un grand nombre de paramètres : origine de la roche, régularité du banc, degré de concassage… La sélection de ce type de granulats devra donc être faite avec soin et après accord sur un échantillon.
1-7-2 : Les granulats artificiels :
Sous-produits industriels, concassés ou non, les plus employés sont le laitier cristallisé concassé et le laitier granulé de haut fourneau obtenus par refroidissement à l'eau. La masse volumique apparente est supérieure à 1 250 kg/m3 pour le laitier cristallisé concassé, 800 kg/m³ pour le granulé. Ces granulats sont utilisés notamment dans les bétons routiers.
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. Sable concassage obtenu par concassage des roches dans les carrières après abattage et criblage.
. Sable de rivière obtenu par dragage dans les rivières actuelles ou uniquement par ramassage dans les lits des rivières intermittentes. Une opération de criblage est nécessaire.
. Sable de mer obtenu par dragage ou par ramassage sur les bords de la mer.
. Sable de dune de désert ; c’est un sable de qualité très médiocre pour la construction. Il est constitué d’éléments très réguliers et très fins.
. Sable de laitier : obtenu par concassage des laitiers granulés ou bouletés.
--- Propriétés des sables :
-- Granulométrie :
L’analyse granulométrique consiste à séparer les grains de sable par tamisage d’un échantillon de masse connue, au moyen d’une série de tamis et à peser les refus cumulés sur chaque tamis. Les masses des différents refus ou des passants sont rapportées à la masse initiale du matériau sec soumis à l’essai et les pourcentages ainsi obtenus sont restitués soit sous forme numérique, soit sous forme graphique comme courbe granulométrique.
Normalement les dimensions nominales d’ouverture des tamis sont choisies en fonction de la nature de l’échantillon et de l’objectif fixé à l’analyse. Cependant une série représentative pour réaliser l’essai est composée des tamis de module 20, 23, 26, 29, 32, 35,38.
. Module de finesse :
Le caractère plus ou moins fin d’un sable peut être quantifié par le calcul de son module de finesse MF.
Le module de finesse est le centième de la somme des refus (exprimés en %) des tamis suivants : 0,08 – 0,16 – 0,315 – 0,63 – 1,25 – 2,5 et 5mm.
Ces tamis ont pour module : 20, 23, 26, 29, 32, 35, 38.
MF = (1/100) Σ ( refus cumulés en % des tamis 20, 23, 26, 29, 32, 35, 38.
On utilise ce paramètre pour caractériser la finesse des sables utilisés pour les bétons. Il est recommandé d’avoir un sable dont le module de finesse est compris entre 2,2 et 3,5.
. Propreté :
Le sable utilisé dans la construction doit être propre. Ils sont en particulier prohibées les impuretés tels que: bois, charbons; argiles en mottes trop de coquillages…
En fait, on tolère ces impuretés, sous réserve qu’elles soient finement réparties dans l’ensemble des granulats et que leur pourcentage ne dépasse pas des valeurs trop élevées.
Les différents aspects liés à la propreté des sables sont résumés dans les points suivants :
-- Sulfates et sulfures :
La teneur en soufre totale , exprimée en anhydride sulfurique (SO3), ne dépassera pas 1% du poids total des granulats.
De plus la répartition de ces impuretés doit être uniforme et les grains qui les constituent doivent avoir un volume inférieur à 0,5 cm3.
-- Eléments très fins (argile, limons, vases et matières solubles) :
Ces éléments ne doivent pas adhérer aux grains du sable. Leur teneur déterminée par décantation conformément à la norme marocaine sur la technique des essais MN 10.1.B.25 ne dépassera pas un pourcentage rapporté au poids total de l’échantillon du sable.
-- L’essai au bleu de méthylène :
Le but de cet essai est d’apprécier globalement la quantité et la qualité de la faction argileuse (<2μ) présente dans le sable pour apprécier sa capacité d’absorption. Il consiste à doser le poids de bleu de méthylène, nécessaire pour recouvrir les surfaces externes et interne des particules fines, en suspension dans l’eau.
La quantité de bleu consommée donne une indication de la quantité d’argile. C’est ainsi qu’on peut évaluer le degré de pollution argileuse des fines contenues dans les sables.
-- Les matières organiques :
Parmi ces matières, il faut distinguer d’une part les débris végétaux , et d’autre part les
résidus organiques qui correspondent à un stade avancé de la décomposition d’organisme
végétaux ou animaux.
-- L’équivalent de sable :
Il permet de mesurer la propreté d’un sable. Il rend compte globalement de la quantité et de la qualité des éléments fins. Il est exprimé par un rapport conventionnel volumétrique entre les éléments sableux de dimension supérieure à 0,08 mm qui sédimentent et les éléments fins argileux de dimension inférieure à 0,08 mm.
Cet essai consiste à séparer les particules fines des éléments plus grossiers. Une procédure normalisée permet de déterminer un coefficient d’équivalent de sable qui qualifie la propreté de celui-ci. En effet , la présence d’éléments fins diminue l’adhérence liant/granulat.
Un échantillon de sable est lavé au moyen d’une solution floculante qui agglomère les particules les plus fines. La solution est ensuite déversée dans une éprouvette où le sable proprement dit sédimente en premier suivi du floculat qui vient se déposer à la surface.
Le rapport entre la hauteur du sable sédimenté et la hauteur totale du dépôt (sable sédimenté + floculat) multiplié par 100 est appelé équivalent de sable.
Cet essai est sensible tant à la quantité des fines qu’à la qualité des fines , les fines argileuses étant plus sensibles à la floculation que les autres.
-- Indice de concassage :
On appelle indice de concassage le pourcentage de refus à la maille ‘d’ d’un matériau d’origine 0/D servi à élaborer le matériau 0/d. Cet indice reflète l’angularité de l’élément qui, à fort pourcentage, permet d’augmenter la résistance au fluage, et offre une bonne rugosité de la surface de roulement.
-- Friabilité :
La dureté des sables est déterminée par un essai de friabilité. L’essai consiste à mesurer l’évolution granulométrique des sables produite dans un broyeur, dans des conditions bien définies, par fragmentation à l’aide d’une charge en présence d’eau. Cette évolution est caractérisée par la quantité d’éléments inférieures à 50μm produits au cours de l’essai.
-- Teneur en eau :
C’est la masse d’eau interstitielle (eau situé entre les grains du sable), contenue dans le sable par rapport au matériau sec. On appelle cette valeur : teneur en eau W .
Cette valeur a une grande importance, car de celle-ci, découle la quantité d’eau d’apport (eau introduite dans le malaxeur), nécessaire au moment du gâchage.
Après prélèvement d’une masse d’échantillon, il sera pesé tel que. Ensuite, il sera séché et repesé. On obtiendra la valeur de la teneur en eau en divisant par la masse sèche la différence entre la masse humide et la masse sèche, le tout sera multiplié par 100 pour obtenir un pourcentage.
- Ms = masse sèche du sable.
- Mh = masse humide du sable.
- w = teneur en eau en pourcentage.
-- Masse volumique :
La masse volumique est la masse du matériau par unité de volume, exprimée en t/m3, kg/dm3 ou en g/cm3 .Cette masse volumique intègre les grains de l’agrégats mais peut aussi intégrer ou non les vides compris entre ces grains. C’est ainsi qu’on distingue la masse volumique apparente de la masse volumique absolue.
-- Foisonnement du sable :
Le foisonnement du sable représente l’évolution de la masse volumique apparente en fonction de la teneur en eau du sable. C’est une propriété importante dans la mesure où l’ajout d’une quantité d’eau à un sable sec fait varier son volume apparent. La non considération des effets du foisonnement peut avoir des conséquences par exemple sur le transport du sable; la composition du béton dosé en volume.
--- Gravillons :
-- Introduction :
Les gravillons sont les éléments compris entre le tamis de module 38 et le tamis de module 44, mais peut toléré les classes allant jusqu’au tamis 50.
D’une manière générale cette classe granulaires 5/80 est utilisée dans la construction soit pour fabriquer le béton hydraulique soit pour fabriquer des enrobés, graves traitées et non traité destinés aux divers couches de chaussées. Il est aussi utilisée sous forme non lier pour réaliser des drains , des filtres et pour certaines assises (canalisation, carrelage…).
On classe les gravillons en granulats roulés et granulats concassés selon l’origine.
-- Propriétés des gravillons :
. Granularité , granulométrie :
L’analyse granulométrique comme il est indiqué dans le paragraphe du sable consiste à séparer les grains par tamisage d’un échantillon de masse connue, au moyen d’une série de tamis et à peser les refus cumulés sur chaque tamis. Les masses des différents refus ou des passants sont rapportées à la masse initiale du matériau sec soumis à l’essai et les pourcentages ainsi obtenus sont restitués sous forme numérique, soit sous forme graphique: courbe granulométrique.
. Forme des grains d’un gravillons :
Les grains d’un gravier peuvent avoir une forme arrondie, en aiguilles ou en plaquettes. Ces formes interviennent dans l’efficacité de l’utilisation d’un gravier, des grains en aiguilles ou en plaquette rendent le béton peu maniable et nuisent à sa mise en place en plus et sa compacité se trouve réduite alors que la porosité augmente.
Comme ces facteurs affectent directement la résistance du béton ainsi que sa perméabilité.
Le gravillon doit alors contenir des grains qui se rapprochent d’une forme arrondie et le moins possible d’éléments de forme plate ou allongée (plaquettes ou aiguilles).
Pour estimer cette propriété plusieurs coefficients et méthodes sont utilisées, le principe reste donc le fait de refléter la proportion de grains arrondies par rapport aux grains allongés et par conséquent l’objectif recherché est de caractériser la forme d’un granulat.
Ces méthodes sont spécifiées dans les normes.
. Propreté :
Cette caractéristique concerne la propreté superficielle d’un gravillon, en effet les éléments très fins (argile, limons, vases et matières solubles) nuisent à l’adhérence des gravillons aux liants hydrauliques. Ces éléments ne doivent pas dépasser une teneur définit par les normes d’utilisation des granulats. Elle est déterminée par des pesées avant et après lavage et séchage des grains rapporté au poids total de l’échantillon propre. Cette teneur ne doit pas dépasser un pourcentage fixé par les normes.
. Teneur en eau :
C’est la masse d’eau interstitielle située entre les grains, rapporter au matériau sec.
On appelle cette valeur teneur en eau w .
Cette valeur a une grande importance, car de celle-ci, découle la quantité d’eau d’apport (eau introduite dans le malaxeur), nécessaire au moment du gâchage.
. Masse volumique :
Comme pour le sable, la masse volumique d’un gravillon est la masse du matériau par unité de volume, exprimé en g/cm3. Cette masse volumique intègre les grains de l’agrégats mais peut aussi intégrer ou non les vides compris entre ces grains. C’est ainsi qu’on distingue la masse volumique apparente de la masse volumique absolue.
- Porosité, compacité et absorption :
On définit l’indice des vides comme étant le rapport entre le volume occupé par les vides et le volume de la partie solide des grains, V étant le volume total occupé par les granulats.
Vs = volume du solide.
Indice des vides du gravillon :
des grains et le volume total des granulats.
Le coefficient d’absorption d’eau est défini comme étant le rapport de l’augmentation de masse de l’échantillon entraînée par une imbibition partielle en eau, à la masse sèche de l’échantillon.
Cette imbibition partielle est obtenue par immersion de l’échantillon dans l’eau pendant 24 heures à 20 °C à la pression atmosphérique.
Il est déterminer à partir des masses de granulats d’origine naturelle ou artificielle saturés mais à surface sèche.
L’importance de ce coefficient est du fait que la quantité d’eau pouvant être absorbée par les granulats pendant le malaxage peut conduire à une perte de maniabilité, voir à un manque d’hydratation des liants. Il faudra en tenir compte si les granulats sont trop poreux.
. La résistance mécanique :
En principe la résistance des granulats ; peut se faire par l’évaluation de résistance à la fragmentation lors de chocs, par résistance à l’attrition et à l’usure et en fin par résistance au polissage.
On distingue donc l’essai de la résistance aux chocs (aptitude à se fragmenter) par l’essai Los Angeles, la résistance à l’usure par frottement mesurée par l’essai Micro-Deval et la résistance au polissage des gravillons.
1-3-2 : Le ciment :
--- Définitions :
Le ciment, du latin « caementum » qui signifiait ‘ pierre naturelle, non taillée ‘. Le ciment est un matériau inorganique finement moulu qui, gâché avec de l’eau, forme une pâte qui fait prise et durcit en réaction au processus d’hydratation d’où le nom de liant hydraulique. Après durcissement, cette pâte conserve sa résistance et sa stabilité, même sous l’eau. Le ciment est un constituant de base du béton.
--- Le principe de fabrication du ciment:
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| Figure VI.3 : Le principe de fabrication du ciment |
Ce clinker passe ensuite dans de grands cylindres métalliques remplis de boulets d'aciers, les broyeurs. La mise en rotation de ces derniers réduit le clinker en fine poudre et du gypse (sulfate de calcium hydraté) est généralement rajouté afin de contrôler la vitesse de prise lorsque au moment de la mise en oeuvre, on mélangera le ciment à l'eau. Le ciment Portland contient 5% de gypse. D'autres types peuvent être obtenus en mélangeant le
clinker broyé avec d'autres constituants broyés eux aussi, qui présentent des propriétés hydrauliques ou pouzzolaniques : ce sont soit des laitiers de hauts fourneaux granulés, soit des cendres volantes ou encore des pouzzolanes naturelles ou artificielles.
Il existe en outre des ciments spéciaux tels les alumineux ou les sur sulfatés.
1-4 : Le matériau béton:
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| Figure VI.4 : matériau béton |
L'obtention d'un spectre granulométrique continu et étendu vers les faibles granulométries permet d'améliorer la compacité, donc les performances mécaniques.
L'eau a un double rôle d'hydratation de la poudre de ciment et de facilitation de la mise en oeuvre (ouvrabilité). En l'absence d'adjuvant plastifiant, la quantité d'eau est déterminée par la condition de mise en oeuvre. Un béton contient donc une part importante d'eau libre, ce qui conduit à une utilisation non optimale de la poudre de ciment. En ajoutant un plastifiant (appelé aussi réducteur d'eau), la quantité d'eau utilisée décroît et les performances mécaniques du matériau sont améliorées (BHP : béton hautes performances).
Les résistances mécaniques en compression obtenues classiquement sur éprouvettes cylindrique 16×32 mm, sont de l'ordre de:
· BFC : bétonnage fabriqué sur chantier : 25 à 35 MPa, peut parfois atteindre 50 MPa;
· BPE : béton prêt à l'emploi, bétonnage soigné en usine (préfabrication) : 40 à 60 MPa;
· BHP : béton hautes performances : jusqu'à 200 MPa;
· BUHP : béton ultra hautes performances, en laboratoire : 500 MPa.
La résistance en traction est moindre avec des valeurs de l'ordre 2,1 à 2,7 MPa pour un béton de type BFC.
La conductivité thermique couramment utilisée est de 1,75 W·m−1·K−1, à mi-chemin entre les matériaux métalliques et le bois.
1-5 : Formulation d'un béton:
Le choix des proportions de chacun des constituants d'un béton afin d'obtenir les propriétés mécaniques et de mise en oeuvre souhaitées s'appelle la formulation. Plusieurs méthodes de formulations existent, dont notamment:· la méthode Baron;
· la méthode Bolomey;
· la méthode de Féret;
· la méthode de Faury;
· la méthode Dreux-Gorisse;
La formulation d'un béton doit intégrer avant tout les exigences de la norme NF EN 206-1, laquelle, en fonction de l'environnement dans lequel sera mis en place le béton, sera plus ou moins contraignante vis-à-vis de la quantité minimale de ciment à insérer dans la formule ainsi que la quantité d'eau maximum tolérée dans la formule. De même, à chaque environnement donné, une résistance garantie à 28 jours sur éprouvettes sera exigée aux producteurs, pouvant justifier des dosages de ciments plus ou moins supérieurs à la recommandation de la norme, et basée sur l'expérience propre à chaque entreprise, laquelle étant dépendante de ses matières premières dont la masse volumique peut varier, notamment celle des granulats.
D'autres exigences de la NF EN 206-1 imposent l'emploi des ciments particuliers en raison de milieux plus ou moins agressifs, ainsi que l'addition d'adjuvants conférant des propriétés différentes à la pâte de ciment que ce soit le délai de mise en oeuvre, la plasticité, la quantité d'air occlus, etc.
1-6 : Classification des bétons :
Le béton utilisé dans le bâtiment, ainsi que dans les travaux publics comprend plusieurs catégories.En général le béton peut être classé en quatre groupes, selon sa masse volumique ρ :
Béton très lourd : ρ > 2 500 kg/m3;
· béton lourd (béton courant) : ρ entre 1 800 et 2 500 kg/m3;
· béton léger : ρ = 500 à 1 800 kg/m3;
· béton très léger : ρ < 500 kg/m3.
Le béton courant peut aussi être classé en fonction de la nature des liants :
· béton de ciment ;
· béton silicate (Chaux) ;
· béton de gypse (gypse) ;
· béton asphalte.
Le béton peut varier en fonction de la nature des granulats, des adjuvants, des colorants, des traitements de surface et peut ainsi s’adapter aux exigences de chaque réalisation, par ses performances et par son aspect.
· Les bétons courants sont les plus utilisés, aussi bien dans le bâtiment qu'en travaux publics. Ils présentent une masse volumique de 2 300 kg/m3 environ. Ils peuvent être armés ou non, et lorsqu'ils sont très sollicités en flexion, précontraints.
· Les bétons lourds, dont les masses volumiques peuvent atteindre 6 000 kg/m3 servent, entre autres, pour la protection contre les rayons radioactifs.
· Les bétons de granulats légers, dont la résistance peut être élevée, sont employés dans le bâtiment, pour les plates-formes offshore ou les ponts.
· Les bétons cellulaires (bétons très légers) dont les masses volumiques sont inférieurs à 500 kg/m3. Ils sont utilisés dans le bâtiment, pour répondre aux problèmes d'isolation. Lors de sa réalisation on lui incorpore des produits moussants créant des porosités dans le béton.
· Les bétons de fibres : plus récents, correspondent à des usages très variés : dallages, éléments décoratifs, mobilier urbain.
1-7 : Différents types de granulats :
Les granulats utilisés pour le béton sont soit d'origine naturelle, soit artificiels.1-7-1 : Les granulats naturels:
- Origine minéralogique :
Parmi les granulats naturels, les plus utilisés pour le béton proviennent de roches sédimentaires siliceuses ou calcaires, de roches métamorphiques telles que les quartz et quartzites, ou de roches éruptives telles que les basaltes, les granites, les porphyres.
- Granulats roulés et granulats de carrières :
Indépendamment de leur origine minéralogique, on classe les granulats en deux catégories :
Les granulats alluvionnaires, dits roulés, dont la forme a été acquise par l'érosion. Ces granulats sont lavés pour éliminer les particules argileuses, nuisibles à la résistance du béton et criblés pour obtenir différentes classes de dimension. Bien qu'on puisse trouver différentes roches selon la région d'origine, les granulats utilisés pour le béton sont le plus souvent siliceux, calcaires ou silico-calcaires;
1. les granulats de carrière sont obtenus par abattage et concassage, ce qui leur donnent des formes angulaires Une phase de pré-criblage est indispensable à l'obtention de granulats propres. Différentes phases de concassage aboutissent à l'obtention des classes granulaires souhaitées. Les granulats concassés présentent des caractéristiques qui dépendent d'un grand nombre de paramètres : origine de la roche, régularité du banc, degré de concassage… La sélection de ce type de granulats devra donc être faite avec soin et après accord sur un échantillon.
1-7-2 : Les granulats artificiels :
Sous-produits industriels, concassés ou non, les plus employés sont le laitier cristallisé concassé et le laitier granulé de haut fourneau obtenus par refroidissement à l'eau. La masse volumique apparente est supérieure à 1 250 kg/m3 pour le laitier cristallisé concassé, 800 kg/m³ pour le granulé. Ces granulats sont utilisés notamment dans les bétons routiers.
1-7-3 : Granulats à hautes caractéristiques élaborés industriellement :
Il s'agit de granulats élaborés spécialement pour répondre à certains emplois, notamment granulats très durs pour renforcer la résistance à l'usure de dallages industriels (granulats ferreux, carborundum…) ou granulats réfractaires.
1-7-4 : Granulats allégés par expansion ou frittage :
Les plus usuels sont l'argile ou le schiste expansé et le laitier expansé D'une masse volumique variable entre 400 et 800 kg/m3 selon le type et la granularité, ils permettent de réaliser aussi bien des bétons de structure que des bétons présentant une bonne isolation thermique.
1-7-5 : Les granulats très légers :
Ils sont d'origine aussi bien végétale et organique que minérale (bois, polystyrène expansé). Très légers (20 à 100 kg/m3) ils permettent de réaliser des bétons de masse volumique comprise entre 300 et 600 kg/m3. On voit donc leur intérêt pour les bétons d'isolation, mais également pour la réalisation d'éléments légers: blocs coffrant, blocs de remplissage, dalles, ou rechargements sur planchers peu résistants.1-8- Étude de la composition du béton :
En général il n’existe pas de méthode de composition du béton qui soit universellement reconnue comme étant la meilleure. La composition du béton est toujours le résultat d’un compromis entre une série d’exigences généralement contradictoires.
De nombreuses méthodes de composition du béton plus ou moins compliquées et ingénieuses ont été élaborées. On notera qu’une étude de composition de béton doit toujours être contrôlée expérimentalement et qu’une étude effectuée en laboratoire doit généralement être adaptée ultérieurement aux conditions réelles du chantier.
Une méthode de composition du béton pourra être considérée comme satisfaisante si elle permet de réaliser un béton répondant aux exigences suivantes :
Le béton doit présenter, après durcissement, une certaine résistance à la compression. Le béton frais doit pouvoir facilement être mis en oeuvre avec les moyens et méthodes utilisées sur le chantier. Le béton doit présenter un faible retrait et un fluage peu important. Le coût du béton doit rester le plus bas possible. Dans le passé, pour la composition du béton, on prescrivait des proportions théoriques de ciment, d’agrégat fin et d’agrégat grossier. Mais l’élaboration des ciments ayant fait des progrès considérables, de nombreux chercheurs ont exprimé des formules en rapport avec les qualités recherchées:
· minimum de vides internes, déterminant une résistance élevée ;
· bonne étanchéité améliorant la durabilité ;
· résistance chimique ;
· résistance aux agents extérieurs tels que le gel, l’abrasion, la dessiccation.
Sur un petit chantier où l’on fabrique artisanalement et souvent bien son béton l’on utilise le vieux principe : 2/3 de gros éléments et 1/3 d’éléments fins, soit 800 litres de gravillons et 400 litres de sable par mètre cube de béton pour 350 à 400 kg de ciment. La quantité d’eau de gâchage varie trop souvent au gré du savoir-faire du maçon, la nature de ciment, l’humidité du granulat passant après la consistance du béton à obtenir.
Le béton peut varier en fonction de la nature des granulats, des adjuvants, des colorants, des traitements de surface, et peut ainsi s’adapter aux exigences de chaque réalisation, par ses performances et par son aspect.
La composition d’un béton et le dosage de ses constituants sont fortement influencés par l’emploi auquel est destiné le béton et par les moyens de mise en oeuvre utilisés.
1-9- Corrections :
En fonction des observations, des mesures faites lors de l’essai de gâchage et des résistances mécaniques obtenues, il sera nécessaire d’effectuer des corrections.
1-9-1 : Consistance :
Lors de l’essai de gâchage, il est recommandé de ne pas ajouter tout de suite la quantité d’eau totale E prévue. Il est préférable d’ajouter seulement 95 % de E, de mesurer la consistance, puis d’ajouter de l’eau jusqu’à obtention de la consistance prescrite.
1-9-2 : Dosage en ciment :
Si le dosage en ciment effectivement réalisé est faux, on devra le corriger. S’il faut rajouter (ou enlever) un poids de ciment pour obtenir le dosage désiré, on devra enlever (ou rajouter) un volume absolu équivalent de sable, il faudra aussi corriger la quantité d’eau.
1-9-2 : Dosage en ciment :
Si le dosage en ciment effectivement réalisé est faux, on devra le corriger. S’il faut rajouter (ou enlever) un poids de ciment pour obtenir le dosage désiré, on devra enlever (ou rajouter) un volume absolu équivalent de sable, il faudra aussi corriger la quantité d’eau.
1-9-3 : Résistances mécaniques :
Si les résistances mécaniques sont insuffisantes, il faudra avoir recours à l’une ou plusieurs des possibilités suivantes :
Augmenter le dosage en ciment (au-delà de 400 kg/m3, une augmentation de dosage en ciment n’a plus qu’une très faible influence sur l’accroissement de résistance).
· Diminuer le dosage en eau sans changer la granulométrie.
· Corriger la granulométrie et réduire la quantité d’eau.
· Utiliser un autre type de granulats.
· Utiliser un adjuvant et réduire la quantité d’eau.
· Utiliser un ciment à durcissement plus rapide.
On devra en tous cas toujours veiller à ce que la consistance du béton permette une mise en oeuvre correcte.
Si les résistances mécaniques sont insuffisantes, il faudra avoir recours à l’une ou plusieurs des possibilités suivantes :
Augmenter le dosage en ciment (au-delà de 400 kg/m3, une augmentation de dosage en ciment n’a plus qu’une très faible influence sur l’accroissement de résistance).
· Diminuer le dosage en eau sans changer la granulométrie.
· Corriger la granulométrie et réduire la quantité d’eau.
· Utiliser un autre type de granulats.
· Utiliser un adjuvant et réduire la quantité d’eau.
· Utiliser un ciment à durcissement plus rapide.
On devra en tous cas toujours veiller à ce que la consistance du béton permette une mise en oeuvre correcte.
1-10- Types du béton :
1-10-1 : Béton armé :
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| Figure VI.5 : Maladie du béton |
Le béton armé a été inventé par Joseph Monier qui en a déposé les brevets dès 1870.
De façon intrinsèque, le béton de ciment présente une excellente résistance à la compression. En revanche, il a une faible résistance à la traction donc à la flexion. Aussi est-il nécessaire, lorsqu'un ouvrage en béton est prévu pour subir des sollicitations en traction ou en flexion (comme par exemple un plancher, un pont, une poutre...), d'y incorporer des armatures en acier destinées à s'opposer et à reprendre les contraintes de traction qui pourraient mettre en péril la pérennité de l'ouvrage. Les armatures mises en oeuvre peuvent être soit en acier doux (peu utilisés pour reprendre la traction pure, par définition l'acier doux n'a qu'une faible adhérence au béton, il reste donc utilisé pour les éléments travaillant essentiellement en flexion tel que les pylônes, les fûts, etc.) soit en acier haute adhérence (aciers HA anciennement dénommés TOR). On parle alors de béton armé, matériau composite mis au point par François Hennebique en 1886.
1-10-2 :Béton précontraint:
Parfois, les sollicitations prévisibles sont telles que l'élasticité propre de l'acier ne suffit pas à assurer la sécurité de l'ouvrage. Aussi, a-t-on recours à des techniques spécifiques d'armatures conduisant au béton précontraint.
En effet, le béton possède des propriétés mécaniques intéressantes en compression alors que la résistance en traction est limitée et provoque rapidement sa fissuration et sa rupture. Il s'agit de techniques inventées par Eugène Freyssinet en 1928, qui consistent à tendre (comme des ressorts) les aciers constituant les armatures du béton, et donc à comprimer, au repos, ce dernier. Ainsi, lorsque la structure est sollicitée, ces armatures s'allongent et le béton a tendance à se décompresser sans toutefois se mettre en traction, puisqu'il était déjà en partie comprimé.
Selon que cette tension appliquée aux armatures (appelé câble de pré-contrainte ou toron de pré-contrainte) est effectuée avant la prise complète du béton ou postérieurement à celle-ci, on distingue la précontrainte par pré-tension et la précontrainte par post-tension.
· Dans la pré-tension (le plus souvent utilisée en bâtiment), les armatures sont mises en tension avant la prise du béton. Elles sont ensuite relâchées, mettant ainsi le béton en compression par simple effet d'adhérence. Cette technique ne permet pas d'atteindre des valeurs de précontrainte aussi élevées qu'en post-tension.
· La post-tension consiste à disposer les câbles de précontrainte dans des gaines incorporées au béton. Après la prise du béton, les câbles sont tendus au moyen de vérins de manière à comprimer l'ouvrage au repos. Cette technique, relativement complexe, est généralement réservée aux grands ouvrages (ponts) puisqu'elle nécessite la mise en oeuvre d'encombrantes « pièces d'about » (dispositifs mis en place de part et d'autre de l'ouvrage et permettant la mise en tension des câbles).
Dès lors la section de béton est uniformément comprimée (selon la position des câbles il apparaît même une contre flèche à vide). Une fois soumis à la charge maximale, la précontrainte en fibre inférieure sera presque annulée par la tension de charge, alors que dans la partie supérieure,la compression sera largement plus importante que dans une poutre en béton armé classique.
1-10-3 :Béton bitumineux :
Le béton bitumineux (aussi appelé enrobé bitumineux) est composé de différentes fractions de gravillons, de sable, de filler et utilise le bitume comme liant. Il constitue généralement la couche supérieure des chaussées (couche de roulement). L'enrobé est fabriqué dans des usines appelées « centrales à enrobés », fixes ou mobiles, utilisant un procédé de fabrication continu ou par gâchées. Il est mis en oeuvre à chaud (150 °C environ) à l'aide de machines appelées « finisseurs » qui permettent de le répandre en couches d'épaisseur désirée.
L'effet de « prise » apparaît dès le refroidissement (< 90 °C), aussi est-il nécessaire de compacter le béton bitumineux avant refroidissement en le soumettant au passage répété des « rouleaux compacteurs ».
Contrairement au béton de ciment, il est utilisable presque immédiatement après sa mise en oeuvre.
Le bitume étant un dérivé pétrolier, le béton bitumineux est sensible aux hydrocarbures perdus par les automobiles. Dans les lieux exposés (stations services) on remplace le bitume par du goudron. Le tarmacadam des aérodromes est l'appellation commerciale d'un tel béton de goudron.
1- 11- L’acheminement du béton:
Le mode, la durée et les conditions de l’acheminement du béton sont des éléments déterminants dans sa formulation. Ils ont chacun une influence particulière sur sa manœuvrabilité et sa qualité.
Le béton se transporte soit par des moyens manuels (seau, brouette...), soit, pour de grandes quantités, par des moyens mécaniques. Dans ce cas, il est généralement transporté depuis la centrale à béton par camions « toupies » (capacité 7 ou 15 m3).
Une fois sur le chantier, il est transvasé soit dans des bennes à béton (750 litres à 1,5 m3) qui sont levées à la grue pour être ensuite vidées dans le coffrage, soit dans une pompe à béton qui est accouplée à un mât de distribution du béton. Il peut aussi être projeté à l'aide d'un compresseur pneumatique. Cette technique est très utile afin d'exécuter plusieurs réparations sur des ouvrages en béton.
Certaines toupies sont aussi équipées d’un tapis roulant (d’une dizaine de mètres) permettant dans certains cas de se passer du moyen de levage.
Le démarrage du temps de prise du béton se fait à partir de son malaxage. Le transport entame donc ce temps et doit être le plus rapide possible pour préserver un maximum de manoeuvrabilité du béton pendant sa mise en place.
La température lors du transport est aussi importante. La rapidité de prise du béton est fortement influencée par la température ambiante. Par très grosses chaleurs, l’utilisation d’eau froide peut être faite lors du malaxage et d’eau chaude par temps froid.
1- 12- La mise en oeuvre du béton:
Le béton est coulé dans un coffrage (moule à béton). Pendant son malaxage, son transport et sa mise en oeuvre, le béton est brassé et de l’air reste emprisonné en lui. Il faut donc enfoncer des aiguilles vibrantes dans le béton pour faire remonter ces bulles d’air en surface. La vibration a aussi pour effet de couler plus facilement le béton dans le coffrage, de répartir ses agrégats et son liant autour des armatures et sur les faces et les angles qui seront visibles, de le rendre homogène mécaniquement et esthétiquement. Le béton est coulé par couches d’environ 30 cm pour la simple raison qu’un vibreur courant fait 30cm de haut. Lorsque l’on enfonce un vibreur dans le béton, il faut atteindre la couche inférieure pour la marier avec la dernière couche sans poches jointives.
La cure du béton est importante au début de sa prise. Elle consiste à maintenir le béton dans un environnement propice à sa prise. Il faut éviter toute évaporation de l’eau contenue dans le béton (par temps chaud et/ou venteux), ce qui empêcherait la réaction chimique de prise de se faire et mettrait donc en cause la résistance du béton.
1-13- Aspect et usages :
Le béton peut être teinté dans la masse en y incorporant des pigments naturels ou des oxydes métalliques. Il peut aussi être traité à l'aide d'adjuvants pour être rendu hydrofuge (il devient alors étanche, empêchant les remontées capillaires). L'ajout de différents matériaux (fibres textiles, copeaux de bois, matières plastiques...) permet de modifier ses propriétés physiques. Son parement pouvant être lissé ou travaillé, le béton de ciment est parfois laissé apparent (brut de décoffrage) pour son esprit minimaliste, brut et moderne.
Le béton utilisé en revêtement de grandes surfaces (esplanades, places publiques...) est souvent désactivé : on procède en pulvérisant, à la surface du béton fraîchement posé, un produit désactivant qui neutralise sa prise. Un rinçage à haute pression permet alors, après élimination de la laitance, de faire apparaître, en surface, les divers gravillons constitutifs.
Moulé ou banché (c'est-à-dire coulé dans une banche : un moule démontable mis en place sur le chantier et démonté après la prise), le béton peut prendre toutes les formes. Cette technique a permis aux architectes de construire des bâtiments avec des formes courbes.
En technique routière, le béton extrudé, mis en oeuvre à l'aide de coffrages glissants, permet de réaliser des murets de sécurité, des bordurages et des dispositifs de retenue sur des linéaires importants.
2 : Guide d’utilisation:
2-1- Introduction :
Dans le chapitre précédent on a parlé du matériau béton d’une façon purement théorique.
Et vu que la mal connaissance de ce matériau est la cause des effondrements de la plupart des bâtiments qui s’écroulent , on a prévu donc d’élaborer un guide de vulgarisation sur le béton , qui aura pour but d’expliquer d’une façon simple aux utilisateurs, et plus précisément , aux ouvriers et chefs de chantiers le matériau béton, son utilité, la qualité de ses constituants, sa composition, et le erreurs qu’ils faut éviter depuis le choix des agrégats jusqu’à sa mise en oeuvre.
2-2- Guide de vulgarisation technique :
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Voir aussi :
Mots clés:
BIBLIOGRAPHIE:- Au pied du mur, Robert l’Hermite.- Cours de matériaux de monsieur My.L.ABIDI .- Granulats, sols, ciments et bétons.- Besoins du secteur du bâtiment et des travaux publics en sable. A.EL KASSAB- Site web : www.apc.ma. (Association Professionnelle des cimentiers).- Expérience marocaine de l’utilisation du sable de dragage dans le secteur du BTP ;- M.CHLIAH.- Impact de l’exploitation des sables des dunes et des plages sur l’environnement littoralH.ZIANE.- Références DRAPOR, Dragage et environnement, 2008.- Sable de dragage, disponibilité, qualité et proximité. M.CHLIAH- Etude d’impact environnementale –rapport novembre 2007-Opération de dragage et deProduction du sable marin au large du SEBOU.- NM 10.1.008 Béton: spécifications, performances, production et conformité- NM 10.1.146 Granulats : Mesure des masses spécifiques, de la porosité, ducoefficient d’absorption et teneur en eau des gravillons et des cailloux.- NM.10.1.149 Granulats : Mesure des masses spécifiques, coefficient d’absorption etTeneur en eau des sables.- NM.10.1.155 Granulats : Mesure du coefficient d’aplatissement.- NM 10.1.002 Matériaux de construction : granulométrie des granulats.- Alcali réaction Annales De l’ITBTP N° 485 Année 1990- Carbonatation : Annales De l’ITBTP N° 223 Année 1966.- Ions de chlorure : Annales De l’ITBTP N° 529 Année 1994, N° 1 Année 1999.- Projet de fin d’études : perspectives d’utilisation des sables de Dragage dans lesbétons 2002-2003.- NF EN 933-1 Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulats.Partie 1 : Détermination de la granularité - Analyse granulométrique par tamisage.- NF EN 933-8 Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulatsPartie 8 : Évaluation des fines - Équivalent de sable.- NF EN 933 – 3 Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulatsPartie 3 : Détermination de la forme des granulats - Coefficient d’aplatissement.- NM 10.1.138 Granulats : essai Los Angeles .
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