Cahier TP MDC 1 L2 [PDF]

Zitiervorschau

UNIVERSITE DJILLALI LIABES DE SIDI BEL-ABBES FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL

TRAVAUX PRATIQUES MATERIAUX DE CONSTRUCTION 1 - L2

Programme expérimental : TP1 : Masses volumiques du ciment, sable et gravier (apparente et absolue) ; TP2 : courbes granulométrique du sable et du gravier ; TP3 : La teneur en eau et foisonnement du sable ; TP4 : Porosité du sable et gravier ; TP5 : Equivalent de sable ; TP6 : Coefficient volumétrique du gravier ; TP7 : Essai de consistance et de prise du ciment ; TP8 : Essai non destructifs.

Elaboré par : Dr : BENMAMMAR MOHAMMED

TP Matériaux de construction Licence 2 (MDC1- L2)

2019/2020

Année Universitaire 2019 - 2020

TRAVAUX PRATIQUES MATERIAUX DE CONSTRUCTION 1

La lecture du cahier de TP est obligatoire avant de se présenter à la séance. En raison de l’utilisation de produits salissants, la blouse en coton est obligatoire ainsi que les chaussures de sécurité. Avant de quitter la salle de TP, chaque groupe devra nettoyer soigneusement son poste de travail (matériel utilisé et paillasse). Un état des lieux et du matériel est réalisé en fin de séance. N’oubliez pas que l’utilisation d’un matériel non entretenu peut être une source d’erreurs dans les mesures. Afin de maintenir le laboratoire et le matériel dans un état correct de fonctionnement, suivez les consignes données par l’enseignant (e). Toute casse de matériel devra être immédiatement signalée et sera sanctionnée. Il est formellement interdit de vider du ciment, du sable, du mortier, du béton... dans les éviers. Des poubelles sont à votre disposition. Toute absence non justifiée sera accompagnée d’une note 0.0 pour la séance manquée. A la fin du chaque séance de TP, chaque groupe de travail rendra un document intitulé « Compte rendue de TP MDC1 ». Ce document devra être la synthèse des résultats et des observations que vous aurez obtenues lors des différentes séances. Tout rapport rendu en retard sera sanctionné et refus (0 points). L’essentiel de votre travail devra y figurer. Ce document de synthèse comportera obligatoirement une introduction, un corps (compte rendu de manipulations, analyse des résultats obtenus...) et une conclusion. 1. PRENEZ SOIN DU MATERIEL ET DES LOCAUX 2. TRAVAILLEZ AVEC RIGUEUR ET APPLICATION

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TP N° 1 : Masse Volumique NF EN 1097-6 (2001)

1. But de l'essai : Cet essai a pour but de permettre de connaître la masse d'une fraction granulaire lorsque par exemple on élabore une composition de bétons. Ce paramètre permet, en particulier, de déterminer la masse ou le volume des différentes classes granulaires malaxées pour l'obtention d'un béton dont les caractéristiques sont imposées. 2. Détermination de la masse volumique apparente :  La masse volumique apparente d'un matériau est la masse volumique d'un mètre cube du matériau pris en tas, comprenant à la fois des vides perméables et imperméables de la particule ainsi que les vides entre particules.  La masse volumique apparente d'un matériau pourra avoir une valeur différente suivant qu'elle sera déterminée à partir d'un matériau compacté ou non compacté.  Elle se mesure conformément à un mode opératoire précis à l’aide d’un récipient de 1 dm3 en versant lentement le sable entre les 2 mains à 10 cm au-dessus du récipient qui est arasé à la règle. Le contenu est pesé.  Elle est comprise entre 1 400 kg/m3 et 1 600 kg/m3 pour les granulats roulés silico-calcaires. 2.1.

Matériels utilisées -

2.2.

Balance électronique ; Une règle à araser ; Une mesure (récipient) d’un litre ; Entonnoir (trois pieds) ; Mains écope ; Tamis. Mode d’opératoire

a- Le cas de gravier ou sable - Prendre le sable (par exemple) dans les 2 mains formant entonnoir ; - Placer ces 2 mains à 10 cm environ au-dessus d’une mesure d’un litre, et laisser tomber ce sable, ni trop vite, ni trop lentement (figure 1). et dans le cas de gravier on utilise la main écope jusqu’à une hauteur qui ne dépassant pas 5 cm ; - Verser ainsi le corps, toujours au centre de la mesure, jusqu'à ce qu’il déborde tout autour en formant un cône ; - Araser à la règle ; - Peser le contenu. b- Le cas de ciment - Placer l’entonnoir au-dessus du centre de la mesure. Fermer l’opercule. - Verser une petite quantité (200g environ) de ciment sur la passoire, et la faire descendre dans l’entonnoir à l’aide de la spatule. - Ouvrir l’opercule : le ciment tombe dans la mesure. Refermer l’opercule.

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Recommencer avec de nouvelles quantités de ciment. Jusqu'à que ce produise le débordement tout autour. - Araser à la règle, et peser le contenu (figure2). c- Résultat - Connaissant la masse de gravier, sable, ciment et le volume du récipient calibré, on peut calculer la masse volumique apparente : 𝑀 𝜌= 𝑉 𝜌 : Masse volumique (g/cm3, kg/dm3 ou t/m3) 𝑀 : Masse (g, km ou t) 𝑉 : Volume (cm3, dm3 ou m3)

3. Détermination de la masse volumique absolue : La masse volumique absolue ρs est la masse par unité de volume de la matière qui constitue le granulat, sans tenir compte des vides pouvant exister dans ou entre des grains. 3.1.

Méthode de l'éprouvette graduée :

Cette méthode est très simple et très rapide. Elle utilise du matériel très courant de laboratoire. Toutefois sa précision est faible. 3.1.1. Mode d’opératoire - Remplir une éprouvette graduée avec un volume V1 d'eau. - Peser un échantillon sec M de granulats (environ 300 g) et l'introduire dans l'éprouvette en prenant soin d'éliminer toutes les bulles d'air. - Le liquide monte dans l'éprouvette. Lire le nouveau volume V2 (figure3) La masse volumique est alors :

Pour opérer dans de bonnes conditions, utiliser une éprouvette graduée en verre de 500 cm3 de volume. La lecture des niveaux V1 et V2 doit se faire en bas du ménisque formé par l'eau. En effet, celle-ci a tendance à remonter sur les bords de l'éprouvette sur une hauteur de 1 à 2 mm, ce qui fausse bien sûr la lecture des volumes si la lecture est effectuée en haut du ménisque.

Figure 3 : mesure la masse volumique absolue (éprouvette graduée)

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3.2.

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Méthode du ballon Cette méthode de détermination des masses volumiques est plus précise à condition de prendre un certain nombre de précautions. - Déterminer avec précision la masse m1 du ballon rempli d’eau. - Déterminer avec précision la masse m2 d’un échantillon de matériau sec. - Introduire la totalité du matériau dans le ballon, remplir d’eau. Vérifier qu’il n’y a aucune bulle d’air. Peser alors avec précision Figure 4 : mesure la masse volumique absolue le ballon, soit m3. (méthode de ballon)

La masse volumique absolue est alors : 𝝆𝒂𝒃𝒔 = (𝑴

3.3.

𝑴𝟐 𝟏 +𝑴𝟐 )−𝑴𝟑

(g/cm3)

Voluménométre (ou densimètre) de Chatelier NF EN 196-6

Dans le cas de liants et corps réagissant avec l’eau On utilise le benzène qu’on ne laisse pas le corps déborder. 3.3.1. Mode opératoire : Même principe que pour l’éprouvette graduée ; mais il faut introduire une quantité de matériaux telle que le liquide arrive au droit de la graduation supérieur. Comme cette quantité n’est pas toujours connue a priori (de l’ordre de 60g pour un ciment), il faut procéder ainsi figure 5 : - Mettre du benzène jusqu’en V1 voisin de zéro. Noter V1, en valeur algébrique (négatif au-dessous de repère). Peser le tout, soit M1 - Introduire le corps étudié jusqu'à ce que le niveau du liquide soit dans la partie utile de la graduation supérieure. Bien chasse les bulles d’air ; et noter V2. Peser soit M2. - D’où la masse volumique : 𝑀2 + 𝑀1 𝑉2 − 𝑉1

Figure 5 : mesure la masse volumique absolue (méthode Chatelier)

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3.4.

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Pycnomètre à liquide C’est (figure 6) un récipient de quelque 250cm3, comportant un bouchon bien rodé mini d’u tube très fin (diamètre en mm) sur lequel est gravé un trait repère. Ce trait limite donc de façon précise un volume V, qui est la caractéristique de l’instrument.

Figure 6 : mesure la masse volumique absolue (méthode Pycnomètre à liquide) 3.4.1. -

Mode d’opératoire Peser le pycnomètre vide m0 Peser le pycnomètre rempli de benzène ou Toluène jusqu’au trait repère soit m1. Peser 50 g de ciment (chaux) soit m2. Introduire le corps dans le benzène ou Toluène après avoir vidé le pycnomètre à moitié. Éliminer l’air et remplir de benzène ou Toluène au trait repère peser m3. Masse du benzène ou Toluène déplacé correspond au volume du corps : mB ou T = m1 + m2 – m3 Volume du benzène ou Toluène déplacé : VB ou T = MB ou T / ρB ou T (ρB ou T) : masse spécifique du benzène ou Toluène). Masse spécifique de l’échantillon : ρ = m2 / V B ou T

4. Travail demandée -

Déterminer la masse volumique apparente de Gravier, sable et ciment ; Déterminer la masse volumique absolue Gravier et sable ; Interpréter vos résultats et comparer avec la littérature ; Une conclusion.

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TP N° 2 : Analyse granulométrique EN NF 933-1 (1997)

1. Introduction La qualité des constructions en béton dépend beaucoup de la composition granulométrique, le gravier et le sable destinés aux bétons doivent comprendre des grains de diverses grosseurs, afin de réduire autant que possible les vides. L’analyse granulométrique est la première des recherches caractérisant les granulats en déterminant la grosseur des grains qui les constituent, et le pourcentage des grains de chaque grosseur. 2. Définitions : On appelle granulat un ensemble de grains minéraux, de dimensions comprises entre 0 et 125 mm, de provenance naturelle ou artificielle, destinés à la confection : • des mortiers, des bétons, • des couches de fondation, des couches de base et de roulement des chaussées, • et des assises et des ballasts de voies ferrées. Les granulats sont appelés fillers, sablons, sables, gravillons, graves ou ballast suivant leurs dimensions.

6 2.1 Classe granulaires : -

Un granulat est caractérisé du point de vue granulaire par sa classe d/D. Le premier désigne le diamètre minimum des grains d et le deuxième le diamètre maximum D. Lorsque d est inférieur à 0.5 mm, le granulat est désigné 0/D. Si un seul chiffre est donné, c'est celui du diamètre maximum D exprimé en mm.

Il existe cinq classes granulaires principales caractérisées par les dimensions extrêmes d et D des granulats rencontrées (Norme NFP18-101) :     

Les fines 0/D avec D ≤ 0,08 mm, Les sables 0/D avec D ≤ 6,3 mm, Les gravillons d/D avec d ≥ 2 mm et D ≤ 31,5 mm, Les cailloux d/D avec d ≥ 20 mm et D ≤ 80mm, Les graves d/D avec d ≥ 6,3 mm et D ≤ 80 mm,

Le granulat est dit de classe d/D lorsqu’il satisfait aux conditions suivantes : Le refus sur le tamis D est compris entre :  

1 et 15% si D> 1.56 d, 1 et 20% si D ≤1.56 d

Le tamisât au tamis d est compris entre :

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 

1 et 15% si D> 1.56 d, 1 et 20% si D ≤ 1.56 d Le refus sur le tamis 1.56 D est nul, Le tamisat au tamis 0.63 d < 3%; toutefois pour D ≤ 5 mm, cette limite est portée à 5%. 3. Objectif de l’essai L'analyse granulométrique consiste à déterminer la distribution dimensionnelle des grains constituant un granulat dont les dimensions sont comprises entre 0,063 et 125 mm. On appelle : - REFUS sur un tamis : la quantité de matériau qui est retenue sur le tamis. - TAMISAT (ou passant) : la quantité de matériau qui passe à travers le tamis. 4. Principe de l’essai L’essai consiste à classer les différents grains constituants l’échantillon en utilisant une série de tamis, emboîtés les uns sur les autres, dont les dimensions des ouvertures sont décroissantes du haut vers le bas. Les masses des différents refus et tamisât sont rapportées à la masse initiale du matériau. Les pourcentages ainsi obtenus sont exploités sous forme graphique. 5. Matériels utilisés

7

-

-

Série de tamis de maillage métallique carré compris entre d et D, avec un fond et un couvercle. Les tamis sont de dimensions 0.063 mm ; 0.125mm ; 0.250 mm ; 0.500 mm ; 1 mm ; 2 mm ; 4 mm ; 8 mm ; 16 mm ; 31.5 mm ; 63 mm. Pour les essais nécessitant des tamis particuliers, on utilise la série qui croit de 101/20 environ 1.12. balance de précision à ± 0,1% Etuve ventilé

5.1.Préparation de l’échantillon Il est nécessaire que l’échantillon soit sec, en pratique on utilise pour le séchage une étuve à 105 °C, la masse M à préparer pour des granulats de masse volumique entre 2 et 3 t/m3 doit être prise selon le tableau suivant :

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6. Mode opératoire -

-

Emboîter les tamis utilisés les uns sur les autres, les dimensions croissantes de bas en haut, on prévoit en dessous un récipient à fond plein pour recueillir les éléments fins et en dessus un couvercle pour éviter la dispersion des poussières. Verser le granulat (séché à l’étuve) sur le tamis supérieur, mettre le couvercle et faire agiter manuellement ou mécaniquement puis prendre tamis par tamis et agiter manuellement Peser le refus du tamis ayant la plus grande maille : soit R1 la masse de ce refus Faire de même jusqu’au dernier tamis. Le dernier (récipient a fond plein) est ajouté sur la balance aux refus précédents. Poursuivre la même opération avec tous les tamis de la colonne pour obtenir les masses des différents refus cumulés … Les masses des différents refus cumulés Ri sont rapportées à la masse totale de l'échantillon m1. Les pourcentages de refus cumulés ainsi obtenus, sont inscrits sur la feuille d'essai. Le pourcentage des tamisât cumulés sera déduit.

7. Tracé de la courbe granulométrique :

Il suffit de porter les divers pourcentages des tamisât cumulés sur une feuille semi-logarithmique : - en abscisse : les dimensions des mailles, échelle logarithmique. - en ordonnée : les pourcentages sur une échelle arithmétique. - La courbe doit être tracée de manière continue. 8. Interprétation des courbes La forme de la courbe granulométrique obtenue apporte les renseignements suivants : - Les dimensions d et D du granulat, - La plus ou moins grande proportion d'éléments fins, - La continuité ou la discontinuité de la granularité.

9. Travail demandé - Présenter vos résultats, remplir la feuille d’essai et tracer la courbe. - commenter vos résultats avec une conclusion

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TP N° 3 Partie 1 : La teneur en eau 1- But de l'essai : L'eau de gâchage réellement utilisée est par conséquent égale à la quantité d'eau théorique moins l'eau contenue dans les granulats. Il faut par conséquent disposer de moyens pour mesurer combien il y a d'eau dans les granulats. Il y’a deux possibilités pour mesurer la teneur en eau : - Sécher le matériau humide complètement, - Faire entrer l’eau absorbée dans une réaction chimique. 2- Définition : La teneur en eau d'un matériau est le pourcentage (%) d’eau (en masse) par rapport au matériau sec. 𝑊=

𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑙 ′ 𝑒𝑎𝑢 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 𝑥 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑑𝑢 𝑚𝑎𝑡é𝑟𝑖𝑎𝑢𝑥 𝑠𝑒𝑐

𝑊=

𝐸 𝑀𝑠

=

100

𝑀ℎ −𝑀𝑠 𝑀𝑠

E : Masse d’eau dans le matériau. Mh : Masse du matériau humide. Ms : Masse du matériau humide. 3- Principe. Trois procédés peuvent être utilisés pour la mesure de la teneur en eau in situ et/ou au laboratoire. 3.1.Séchage à l’étuve -NF EN 1097-5 Partie 5- : Placer une quantité déterminée du matériau humide à tester dans une boîte à pétri numérotée préalablement et tarée, -

-

Peser l’ensemble et l’introduire dans une étuve pendant 24 heures sous une température de 105°Celsius, Après dessiccation, on pèse l’ensemble une seconde fois, déduire les masses humide et sèche de l’échantillon et calculer la W.

3.2.Flambage à l’alcool à brûler : C’est le procédé couramment désigné sous le nom de ‘’la poêle à frire’’. -

Peser l’échantillon humide, soit Mh, Le placer dans un récipient métallique plat, et l’arroser d’alcool à brûler (1/2 l pour 2kg de sable), Allumer et agiter avec une tige métallique. Quand l’alcool est éteint, laisser refroidir, Répéter l’opération jusqu’à ce que le matériau soit sec, le peser soit Ms. Déterminer la W.

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3.3. Emploi du carbure de calcium. Le carbure de calcium réagit au contact de l’eau pour donner de l’acétylène : C 2Ca + H 2O C 2 H 2 + CaO Pour ce faire, on utilise le ‘’Speedy’’. -

-

Placer une quantité déterminée du matériau humide à tester dans l’appareil, Mettre du carbure de calcium dans le couvercle de l’appareil. Fermer en évitant que l’échantillon humide ne se mette au contact du carbure avant que le speedy ne soit fermé hermétiquement, Retourner l’appareil et l’agiter pour que l’échantillon mouillé et carbure se mélangent dans le récipient étanche. Il se dégage de l’acétylène en quantité d’autant plus grande qu’il y a d’eau dans le matériau humide ; la pression créée dans le récipient croît alors avec la teneur en eau, Un manomètre commandé par la pression interne est gradué directement en %, donne ainsi par simple lecture la W.

12 4. Travail demandé

Déterminer la teneur en eau des granulats (gravier et sable) par la méthode de séchage en étuve ventilée.

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TP N° 3 Partie 2 : FOISONNEMENT DU SABLE 1. Définition et But de l’essai. Au contact de teneurs en eau faibles, le volume d’un échantillon de particules fines pulvérulentes a tendance à s’accroître. Sur la majeure partie des chantiers qui fabriquent leurs bétons in situ et dont les matériaux granulaires utilisés ne sont pas toujours à l’abri des intempéries (stockage à ciel ouvert), le dosage volumétrique des sables humides amène dans la confection des bétons un manque d’éléments fins. Ceci a des conséquences néfastes sur la qualité des bétons fabriqués. L’objectif est donc de déterminer ce manque en vue de le combler lors de la préparation du mélange. La masse volumique apparente d'un granulat dépend de la forme et de la granulométrie des grains ainsi que le degré de compactage et de l'humidité. La valeur apparente est utilisée dans le cas ou l'on effectue les dosages en volume des différentes composantes du béton. Cette méthode toutefois présente des risques certains à cause du foisonnement. Le graphique ci-contre donne le foisonnement du sable en fonction de la teneur en eau. 2. Principe. L’essai consiste à mesurer la variation de la masse volumique apparente d’un échantillon de sable en fonction de l’accroissement progressif de sa teneur en eau. Les résultats sont portés sur un graphique en vue de tracer la courbe de foisonnement du sable testé. Matériel utilisé. le même matériel utilisé pour la mesure de la masse volumique apparente d’un agrégat. Le foisonnement est donc la variation de volume apparent en fonction de la teneur en eau 𝑉

On définit le coefficient de foisonnement égal au rapport : 𝑉

0

Avec : V : volume apparent du sable humide V0 : volume apparent du sable sec

Le foisonnement peut également être défini par la courbe donnant de la masse volumique apparente du sable (ρ) en fonction de sa teneur en eau 𝜌 = 𝑓(𝑤) 3. Mode opératoire. Peser 2 kg de sable sec (w = 0%) et mesurer sa masse volumique apparente (moyenne de 3 essais), Ajouter 1% d’eau soit 20 g à l’échantillon sec (2000 g) et bien mélanger. Mesurer la nouvelle masse volumique apparente, Refaire l’opération pour les valeurs de teneur en eau suivantes : 2%, 3%, 4%, 5%, 7%, 10%. (14 kg de sable pour l’ensemble des essais) 4- Travail demandé - dans un tableau établir les résultats de chaque masse volumique avec sa teneur en eau. - Tracer la courbe de la variation de foisonnement 𝜌 = 𝑓(𝑤) - Calculer le coefficient de foisonnement

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TP N° 4 : Porosité du gravier 1. Définition et but Toutes les roches présentent dans une proportion plus ou moins grande, des fissures ou des petits vides, qui renferment souvent de l’eau. Certain cavités communiquent (directement ou non) avec l’extérieur elles constituent la « la porosité ouverte le autres composent la « porosité fermé » figure 1. C’est la porosité ouverte qui est la plus importante en construction, car l’eau peut pénétrer dans ces pores et geler en faisant éclater la roche. Porosité entrain souvent gélivité. Il important donc de caractériser la quantité de vides par une valeur numérique qui traduira (du moins sous cet angle) la plus ou moins bonne qualité du matériau. Dans ce but : On appelle « porosité » d’un granulat ou d’une roche le des vides contenus dans l’unité de volume de matière : 2. Principe : L’essai consiste à saturer en eau la porosité ouverte des grains constituant le matériau granulaire. L’immersion du matériau dans une solution aqueuse, permet sa saturation. A froid, l’essai nécessite du temps. En vue d’accélérer le phénomène on augmente progressivement la température de l’eau. Le gradient thermique provoque dans le temps la dilatation de l’air présent dans les pores. Ce gaz quitte plus facilement les pores pour y être substitué par l’eau liquide. Ainsi l’eau sature plus rapidement la totalité des vides. 𝑝=

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒𝑠 𝑣𝑖𝑑𝑒𝑠 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

3. Mode opératoire : (figure 2) a- Préparer un échantillon sec (103°C) d’1 kg, soit M0, b- Placer l’échantillon dans l’eau froide et porter à ébullition pendant 2 heures, en vue de chasser l’air des pores et les saturer par de l’eau, c- Retirer l’échantillon de l’eau et essuyer à l’aide d’un chiffon chaque grain, peser la nouvelle masse, soit M1, d- Calculer la porosité.

𝑝=

𝑀1 − 𝑀0 𝑥 100 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑢 𝑚𝑎𝑡é𝑟𝑖𝑎𝑢𝑥

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𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑢 𝑚𝑎𝑡é𝑟𝑖𝑎𝑢 =

Donc

𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑑𝑢 𝑚𝑎𝑡é𝑟𝑖𝑎𝑢 𝑀0 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑒 𝜌

𝑝=

𝑀1 −𝑀0 𝑀0

𝑥𝜌𝑥 100

Notons qu’à défaut de valeur plus précise de la Mva, nous pouvons prendre la valeur de 2.7 g/cm3.

15 Figure 2 : procédure détermination de porosité

4. Travail demandé - Déterminer la porosité de granulat réalisé au sein du laboratoire.

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TP N° 5 : Equivalent de sable NF EN 933-8 Partie 8 1- OBJECTIF : Mesurer la propreté du sable en déterminant le pourcentage d’éléments fins contenus dans le sable (NF P18598). Déterminer la masse volumique absolue du sable. 2- MATERIEL : Matériel spécifique pour l’essai d’équivalent de sable (figure 1) - Tamis de 5 mm et fond. - Eprouvettes en plexiglas avec deux traits repères. - Entonnoir pour introduction du sable - Réglette et piston taré - Réservoir de solution lavante (1) - Tube laveur métallique plongeant. - Machine d’agitation - Chronomètre - Piston taré à masse coulissante de 1 kg Matériel spécifique pour la détermination de la masse volumique absolue - Pycnomètre. - Matériel commun - balance avec une précision de 0,1 g 3- MODE OPERATOIRE : figure 2         

Le sable est tamisé à 5 mm Remplir les éprouvettes avec la solution lavante jusqu’au premier trait. Verser 120 g de sable sec en veillant à éliminer les bulles d’air. Laisser reposer 10 min. Boucher les éprouvettes et les agiter avec la machine d’agitation (90 allers et retours en 30 secondes (effectués de manière automatique par la machine). Laver et remplir les éprouvettes avec le tube laveur. Pour cela, rincer le bouchon au-dessus de l’éprouvette, faire descendre le tube laveur en le faisant tourner entre les doigts : on lave ainsi les parois intérieurs de l’éprouvette. Laver le sable en faisant descendre et remonter lentement le tube laveur dans la masse du sable pour faire remonter les particules fines dans la solution supérieure. Sortir le tube laveur lorsque le niveau du liquide atteint le trait supérieur. Laisser reposer pendant 20 minutes en évitant toute vibration. Mesurer à vue les hauteurs h1 et h2 (pour déterminer ESV). Faire descendre lentement le piston taré dans le liquide à travers le floculat jusqu’à ce qu’il se mobilise au contact du sable. Le manchon prend appui sur le bord supérieur de l’éprouvette. Mesurer h’2. 𝐸𝑆𝑣 = 100𝑥

ℎ2 ℎ1

𝐸𝑆𝑝 = 100𝑥

ℎ2 ℎ1

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Figure 2 : essais équivalent du sable Interprétation les résultats d’équivalent du sable selon la recommandation ci-dessus ESP𝐸𝑆𝑝 𝐸𝑆𝑝 < 60

Nature et qualité de sable Sable argileux : Risque de retrait ou de gonflement A rejeter pour des bétons de qualité

60 ≤ 𝐸𝑆𝑝 < 70

Sable légèrement argileux de propreté admissible pour béton de qualité

70 ≤ 𝐸𝑆𝑝 ≤ 80 𝐸𝑆𝑝 > 80

Sable propre : Convenant Parfaitement pour les bétons de haute qualité. Sable très propre : l’absence presque totale de fines argileuses risque d’entraîner un défaut de plasticité du béton.

solution lavante utilisée permet de séparer les éléments fins argileux. Celle-ci est préparée à partir d’une solution concentrée dont la composition est la suivante : - 111 g de chlorure de calcium anhydre, - 480 g de glycérine à 99% de glycérol, - 12 à 13 g de solution aqueuse à 40% en volume de formaldéhyde. La solution concentrée est stockée en doses de 125 cm3 dans des flacons en polyéthylène. La solution lavante, utilisée dans l’essai s’obtient en diluant une dose de 125 cm3 de solution concentrée dans 5 litres d’eau déminéralisée. 1 :La

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TP N° 6 : Coefficient volumétrique NF EN 933-3 Partie 3

1. Généralité Les grains d’un gravier se distinguent par leurs formes ; Les uns se rapprochent de la sphère ou du cube : ils sont excellents ; d’autre se présentent en aiguilles ou en plaquette : ils donnent de mauvais bétons. Le « coefficient volumique » est une grandeur numérique, qui permet de caractériser un grain ou un granulat, et dont la valeur donne une idée précise sur la forme de l’élément considéré et possibilité d’emploi. 2. Définition 2.1. On appelle « plus grande dimension d’un grain » la plus grande distance, N, séparant deux plans tangents aux grains. C’est, en général, le diamètre de la plus petite sphère circonscrite au grain (figure 1 2.2.Le coefficient volumique d’un grain » est le rapport du volume ν du grain au volume 𝑉 = 𝜋.

𝑁3 6

𝜈

Sphère de diamètre N : 𝐶 = 𝑉 =

𝜈 𝜋.

𝑁3 6

2.3.Le « coefficient volumétrique moyenne » d’un granulat n’est pas la moyenne des coefficients volumétriques des grains d’un échantillon : cela entrainerait un travail considérable, pour un résultat imprécis. C’est le quotient de la somme des volumes des grains d’échantillons par la somme des volumes des sphères définie ci dissous : 𝐶𝑚𝑜𝑦 =

∑𝜈 𝑁3 ∑𝜋 . 6

3. Mode d’opératoire 3.1.Détermination pratique du coefficient volumétrique moyen d’un granulat. 3.1.1. Pour avoir ∑ 𝜈 , il suffit de mettre les grains dans une éprouvette graduée contenant un volume V1 d’eau, si le volume croit jusqu'à V2, on a ∑ 𝜈= V2- V1 (voire figure 1partie droite). 3.1.2. Pour avoir ∑ 𝜋 .

𝑁3 6

, on ne

calcule pas le volume de sphère pour chaque grain ; on ne mesure même pas la distance (N ou d) avec précision. On se sert plus simplement d’in calibre (figure 3). Pour utiliser ce calibre on recherche la plus grande encoche qui retienne le grain : le nombre porté en face de cette encoche est le volume (ecm3) de sphère correspondant à ce grain. D’où le processus suivant :

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Préparer 250 g minimum de l’échantillon du granulat (séchage, tamisage avec un tamis de 5 mm, et ne garder que le refus), mettre dans une éprouvette graduée de 1000 cm3, une quantité d’eau V1 d’environ 500 cm3. Noter V1 présenter successivement chaque grain dans les encoches du calibre, et noter les volumes des sphères trouvées comme il est dit ci-dessus (2.2). noter le nombre des sphères correspondant à chaque des volumes portés su calibre. Au fur et à mesure du passage au calibre, placer les grains dans l’éprouvette contenant l’eau : le niveau montera, et quand la totalité de l’échantillon aura été utilisée, on lira le nouveau volume V2. Les calculs a- ∑ 𝜈= V2- V1 b- ∑ 𝜋 .

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𝑁3 6

Multiplier les nombres de sphères trouvées en 3 ci-dessus par les volumes correspondants. Faire le total des produits obtenus c- Coefficient volumétrique moyen.

Ces calcules seront utilement faits sur une fiche, qui pourra être, par exemple, celle de la figure 3.

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Figure 3 : coefficient volumétrique d’un Gravier Travail demandé : Déterminer le coefficient volumétrique du gravier 16/25

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TP N° 7 : Essai de consistance et de prise du ciment 1. Généralité L’attention des utilisateurs est de plus en plus attirée par les propriétés des mortiers et des bétons à l’état frais, avant la prise et le durcissement. Les caractéristiques du mortier et du béton sont fondamentales et varient avec la nature du liant, le dosage en eau et le mode de préparation. La pâte de ciment de consistance normalisée a une résistance spécifiée à la pénétration d’une sonde normalisée. L’eau nécessaire à une telle pâte est déterminée par des essais de pénétration sur pâte à quantités d’eau différentes, L’état pâteux intermédiaire entre liquide et solide est caractérisé par sa consistance qui peut être molle, plastique ou bien ferme. L’essai de consistance doit être réalisé suivant les prescriptions ordinaires, c’est à dire à 20°C ± 1°C et à une hygrométrie supérieure à 65%. 2. Définition et But de l’essai La présence de régulateur de prise dans la masse des liants hydrauliques offre à ces derniers, après gâchage, une prise qui commence après quelques heures. Il est donc nécessaire de connaître le temps de début de prise des liants hydrauliques en vue de déterminer le temps disponible pour la mise en oeuvre in situ des mortiers et des bétons dont ils sont confectionnés. Les essais se font à l’aide de l’aiguille de Vicat qui donne deux repères pratiques : le début de prise et la fin de prise. 3. Principe L’essai consiste à suivre la transformation d’état d’un matériau visqueux, facile à travailler à l’état d’un matériau durci (plus difficile voire impossible à travailler). Le temps de début de prise est déterminé à l'instant où l'aiguille de Vicat (S= 1 mm2, masse = 300 g) ne s'enfonce plus jusqu'au fond d'une pastille de pâte pure de ciment à consistance normalisée. En effet, pour chaque liant utilisé, il y’a une teneur en eau nécessaire qui donne à la pâte une consistance dite ‘’normale’’. La détermination de cette teneur en eau est en fait un préalable à la mesure de la prise. L’appareil de Vicat est utilisé à la fois pour la détermination de la consistance normale ainsi qu’à la mesure du temps de début de prise. 4. ESSAI DE CONSISTANCE (EN 196-3). 4.1.Matériel utilisé - Salle climatisée : L’essai doit se dérouler dans une salle, dont la température est de 20°C± 1°C et dont l’humidité relative est supérieure à 90%. A défaut d’une telle humidité relative, l’échantillon testé pourra, entre deux mesures, être entreposé dans de l’eau maintenue à 20°C± 1°C, - Malaxeur normalisé : avec une cuve de 5 litres de contenance et d’une pale de malaxage pouvant tourner à 2 vitesses (dites lente 140 tr/mn et rapide 285 tr/mn), - Appareil de VICAT (du nom de l’ingénieur français). L’appareil est composé d’un moule tronconique (h=40 mm d1= 70 mm et d2= 80 mm) et d’une tige coulissante équipée à son extrémité d’une sonde de Φ = 10 mm, - Balance précise à 0,1 g près, - Chronomètre précise à 0,1 s près. 4.2.Mode opératoire On procède par tâtonnements : -

préparer 0.5 kg de ciment, une pâte pure de rapport E/C=0,26.

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verser l’eau dans la cuve du malaxeur contenant le ciment, mettre le malaxeur en marche (voir le tableau qui suit pour la marche à suivre) et déclencher le chronomètre

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la pâte est alors rapidement introduite dans le moule tronconique posé sur une plaque de verre, sans tassement ni vibration excessifs. Il faut enlever l’excès de pâte par une mouvement de va-et-vient effectué avec une truelle maintenue perpendiculairement à la surface supérieure du moule. Puis l’ensemble est placé sur la platine de l’appareil de vicat. (figure 3

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Figure 3 : Appareil de Vicat -

-

la sonde est amenée à la surface de l’échantillon et relâchée sans élan (sans vitesse). La sonde alors s’enfonce dans la pâte. Lorsqu’elle est immobilisée (ou après 30 s d’attente), relever la distance d séparant l’extrémité de l’aiguille de la plaque de base. la pâte sera à consistance normale si d= 6mm ± 1mm: si d > 7 mm : il n’y a pas assez d’eau, si d < 5 mm : il y a trop d’eau. dans les 2 cas, jeter la pâte, nettoyer et sécher le matériel et recommencer avec une nouvelle W (figure 4).

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5. ESSAI DE PRISE (EN 196-3). Figure 5

Matériel utilisé. C’est le même appareil qui est utilisé (dans les mêmes conditions) à l’exception de la sonde qui cisaille l’échantillon, le diamètre est beaucoup plus petit ( Φ = 1.13 mm). Mode opératoire. une fois la pâte à consistance normale obtenu, on procède au changement de la sonde de vicat par l’aiguille de vicat et on l’amène à la surface de l’échantillon et relâchée sans élan (sans vitesse). L’aiguille alors s’enfonce dans la pâte. Lorsqu’elle est immobilisée (ou après 30 s d’attente), relever la distance d séparant l’extrémité de l’aiguille de la plaque de base. -

-

recommencer l’opération à des intervalles de temps convenablement espacés (~ 10-15 mn) jusqu’à ce que d = 4mm ± 1mm. cet instant mesuré à 5 mn près est le temps de début de prise pour le ciment testé.

Il est recommandé de reporter les résultats obtenus sur un graphique (minimum 3 points) en vue de déterminer le temps de début de prise avec précision.

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TP N°8 : CARACTERISATION DES BETONS A L’ETAT DURCI PARTIE 1 : ESSAIS NON DESTRUCTIFS

1. OBJECTIF Estimer la résistance du béton à l’état durci par des essais non destructifs. 2. MATERIEL  balance,  matériel de nettoyage (brosses, chiffons..),  Scléromètre  Ultrason 3. MODE OPERATOIRE 3.1. Scléromètre : Le scléromètre est un appareil qui mesure la " dureté au choc " du béton au voisinage de la surface (Indice sclérométrique). Cet indice, reporté sur un abaque, permet de déduire la résistance à la compression du béton testé. Le scléromètre comporte sur sa face cylindrique :        

Une règle de mesure avec index. Un bouton poussoir à l’opposé de la règle de mesure. Un abaque permettant le calcul de la résistance du béton à partir de l’indice sclérométrique. Libérer la sonde sclérométrique en pressant dessus Placer la sonde à l’endroit de la mesure Presser l’appareil jusqu’à déclanchement de la projection de la masselotte. Presser le bouton poussoir. Tout en maintenant le bouton poussoir enfoncé, relâcher la pression exercée sur la sonde (La sonde reste bloquée et on peut relâcher le bouton poussoir).

Lors du relâchement, la masselotte rebondit depuis la tête, toujours en contact avec la surface du béton et la distance qu’elle parcourt, exprimée en pourcentage de l’extension initiale du ressort est appelée l’indice de rebondissement. Cet indice est indiqué par un curseur qui se déplace le long d’une règle graduée. Les mesures doivent être effectuées sur des surfaces nettes ne présentant pas : -

de nids de gravier, des écaillages,

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de texture grossière, de porosité élevée ou des armatures affleurantes.

La préparation de la surface consiste à éliminer tout enduit ou peinture adhérant ou poncer si cette surface est constituée d’une couche superficielle friable. Toute trace d’eau sur la surface doit être essuyée. Il convient de ne pas effectuer l’essai à moins de 3 à 4 cm des bords de l’élément testé. Il est nécessaire de faire une série de 27 mesures sur chaque zone d'essai. Pour une surface :

Pour une éprouvette :

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La lecture : La lecture de l’indice sclérométrique reportée sur l'abaque, qui tient compte de la position de l'appareil, donne les valeurs de la résistance à la compression du béton.

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4.

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Essai d’auscultation dynamique :

Le principe de la méthode consiste à mesurer le temps mis par une onde à parcourir une distance donnée, déterminer la vitesse de sa propagation et évaluer la résistance à partir de cette vitesse.

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La vitesse est le rapport entre la distance séparant les transducteurs (émetteur et récepteur) et le temps de propagation de l’onde.

TRAVAIL DEMANDE -

Déterminer la résistance d’une éprouvette de béton en utilisant le scléromètre et l’ultrason. Commenter les résultats.

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PARTIE 2 : ESSAIS DESTRUCTIFS 1. OBJECTIF Déterminer la résistance à la compression des éprouvettes de béton de forme cylindrique (16x32) cm (EN 12390-3). Déterminer la résistance en flexion des éprouvettes de béton de forme prismatique (10x10x40) cm (NF EN 12390-5) 2. MATERIEL - balance, - matériel de nettoyage (brosses, chiffons...), - Presse mécanique - Didactique 3. MODE OPERATOIRE 3.1.Essai de Compression - Surfacer les éprouvettes - Essuyer toute humidité excessive de la surface de l'éprouvette avant de la positionner dans la machine d'essai (Tous les plateaux de la machine d'essai doivent être essuyés et toutes particules ou corps étrangers retirés des surfaces de l'éprouvette qui seront en contact avec eux). - Positionner les éprouvettes cylindriques de façon que le chargement s'effectue perpendiculairement au sens de coulage. - Centrer l'éprouvette sur le plateau inférieur - Sélectionner une vitesse constante de chargement dans la plage 0,2 MPa/s à 1,0MPa/s (en moyenne 0,5 MPa/s). - Appliquer la charge sans choc et l'accroître de façon continue à la vitesse constante sélectionnée jusqu'à la rupture de l'éprouvette. - La charge maximale (F) et la contrainte de compression (fc) obtenues doit être enregistrée. - Nettoyer les abords de la presse à la fin de la manipulation. 𝑓𝑐 =

𝐹

𝐹 : Charge de rupture (MN) 𝑆 : La section (m2). 𝑓𝑐 : La contrainte de compression (MPa). - Mode de rupture :

𝑠

Avec :

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3.2. Essai de flexion : Cet essai permet de déterminer la résistance en flexion des éprouvettes de béton durci. Il s’applique uniquement aux éprouvettes prismatiques.

La charge doit être appliquée de manière continue et sans choc avec une vitesse constante dans la plage 0,04 MPa/s à 0,06 MPa/s. La résistance en flexion est donnée par l’équation suivante :

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Avec : 𝑓𝑐𝑓 : est la résistance en flexion, en mégapascals (newtons par millimètre carré) 𝐹 : est la charge maximale, en newtons ; 𝑙 : est l’écartement entre les rouleaux d’appui, en millimètres ; 𝑑1 et 𝑑2 sont les dimensions latérales de l’éprouvette, en millimètres ; TRAVAIL DEMANDE : -

Déterminer la résistance à la compression du béton. Evaluer le type de rupture. Comparer les résultats obtenus avec ceux des essais non destructifs. Déterminer la résistance à flexion du béton. Commenter les résultats.

Bonne chance