Cours de Materiaux ESBTP Yakro N New 2019-2020 - Copie [PDF]

Zitiervorschau

Cours de matériaux

CHAPITRE I : INTRODUCTION 1. DEFINITION On désigne par le terme de matériaux de construction tous corps solides ou, liquides, naturels ou artificiels, susceptibles d’être utilisés, sous une forme brute ou élaborée, dans la réalisation des ouvrages de génie civil (bâtiments, routes, chemin de fer, ponts, etc.). Ainsi, on peut réaliser un remblai avec du sable argileux ou construire une route en terre. L’utilisation d’un liant hydraulique ou hydrocarboné permet, en association avec des granulats de mettre au point des bétons. 2. CONNAISSANCE DES MATERIAUX La connaissance des matériaux est basée sur : - La nature du produit : composition, origine, propriété ; - La préparation : extraction, traitement, fabrication, conditionnement ; - Les usages : mise en œuvre réglementée par des documents techniques unifiés (DTU), mise en œuvre traditionnelle, contrôle de qualité, conservation, entretien, etc. - Production et la consommation nationales et mondiales. 3. CLASSIFICATION DES MATERIAUX De par la diversité même des matériaux, des classifications très nombreuses peuvent être donnés ; on en retiendra quelques-unes. 3.1 Classification suivant l’utilisation On distingue les matériaux de résistance et les matériaux de protection. 3.1.1 Matériaux de résistance On les appelle aussi matériaux de gros œuvre et d’ossature : On peut citer les pierres, granulats, liants, mortiers, bétons armé, agglomérés de sableciment, briques (terre cuite), bois, métaux, etc. 3.1.2 Matériaux de protection Produits de revêtement extérieurs : matériaux de couverture et d’enduits, les produits noirs (bitumes, goudrons) ; Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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Produit de revêtements intérieurs : recouvrement des murs et sols (carreaux, tapis, peintures, produits autocollants. 3.1.3 Matériaux divers d’installations intérieures Métaux, papiers, caoutchoucs, colles, tissus, isolants thermiques et phoniques. 3.2 Classification suivant la structure -

Structure cristalline : roches, ciments, métaux ;

-

Structure vitreuse : céramiques, verres ;

-

Structure micellaire ou colloïdale : matières plastique, caoutchouc, vernis, goudrons ;

-

Structure fibreuse : bois, fibres ;

-

Structure complexe (matériaux composés) : mortiers, bétons, béton armé.

4. CRITERES DE CHOIX DES MATERIAUX Les éléments suivants sont à considérer dans le choix des matériaux : 4.1 Nature des contraintes appliquées -

Efforts appliqués : compression, traction, flexion, cisaillement, torsion ;

-

Déformations locales superficielles : poinçonnement ;

-

Déformations dynamiques : chocs, vibrations, fatigue ;

-

Efforts répétés : frottements, chocs, érosion. 4.2 Capacité de résistance aux agents de destruction

-

Physiques : climat (température, humidité, pluie, soleil), vieillissement, actions électriques.

-

Chimiques : eau de mer, eaux polluées, gaz nocifs, fumée.

-

Biologiques : insectes, bactéries, moisissures.

4.3 Destination de l’ouvrage Construction de prestige : matériaux esthétique, beauté etc. 4.4 Facilité d’approvisionnement et recherche de l’économie En Côte d’Ivoire par exemple, il n’est pas indiqué de construire avec du sable de mer à Yamoussoukro, Korhogo, ... (coût de transport). Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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Le choix de matériaux bon marché permet de réaliser des économies sur le coût des constructions. Mais la recherche de l’économie ne doit pas faire perdre de vue les autres caractéristiques à satisfaire et la durabilité. Il faut surtout penser à la sécurité d’ouvrage et des usagers ; d’où la notion de coefficient de sécurité. Il faut s’assurer du meilleur rapport qualité/coût. 4.5 Compatibilité d’association de matériaux différents Certaines dégradations (fissures) sont dues à la disparité dans le choix des matériaux (coefficients de dilatation différents). 5. RÔLE DU TECHNICIEN Le rôle du technicien en matière de construction est de concevoir les ouvrages, les dimensionner (calcul), choisir les matériaux, les mettre en œuvre et d’assurer le contrôle de qualité des ouvrages et leur maintenance. Un accent particulier devra être accordé à la maintenance des ouvrages car c’est d’elle que dépend leur longévité. L’entretien courant, la visite systématique des ouvrages, l’intervention au moindre disfonctionnement ou apparition de défaut doivent interpeller les ingénieurs les techniciens et les décideurs afin d’éviter l’irréparable. A titre d’exemple, un nid de poule peut facilement devenir un « trou d’éléphant » dans une chaussée, avec toutes les conséquences pour les usagers (dégâts sur le matériel roulant, accidents, etc.). De même un défaut, si petit soit –il, visible ou invisible à l’œil nu peut être à l’origine d’une catastrophe. Le technicien doit savoir choisir parmi l’immense gamme des produits actuellement disponibles, ceux qui sont les plus adaptés aux conditions d’utilisation. A cela s’ajoutent des considérations de confort et quelquefois de rapidité d’exécution.

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CHAPITRE II : DEMARCHE QUALITE 1. DEFINITION DE LA QUALITE La qualité est un ensemble de caractéristiques qui confèrent à une entité l’aptitude à satisfaire des besoins exprimés et implicites. Les besoins doivent être absolument traduits en termes de caractéristiques mesurables. Exemple de production d’un béton. Besoins Exprimés Implicites -Caractéristiques physiques ………………. ………………. Porosité………………… ………………. ………………. Densité absolue -Caractéristiques mécaniques Résistance en compression Résistance en traction 2. Prix 3. Délais de livraison

Caractéristiques …. %

Mpa

Francs cfa /m3 jours

2. PRINCIPE DE LA DEMARCHE QUALITE La démarche qualité consiste à faire en sorte que chaque étape du processus de production et de mise en œuvre donne des résultats satisfaisants, par rapport à un référentiel donné. Il n’existe pas de recette absolue. La démarche qualité doit pouvoir s’adapter aux conditions locales. La démarche qualité peut s’appuyer sur le principe suivant : • Ecrire ce qu’on a à faire, • Faire ce qu’on a écrit, • Evaluer ce qu’on a fait. A - Ecrire ce qu’on a à faire Cela consiste à codifier la méthode de travail ; en d’autres termes, élaborer un manuel de procédures à suivre dans l’entreprise.

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B - Faire ce qu’on a écrit Cela confère au produit une traçabilité, de sorte que, lorsqu’il y a un problème dans la chaîne de production, on peut retrouver l’origine du défaut. C - Evaluer ce qu’on a fait Cette évaluation permet de comparer ce qu’on a écrit à ce qu’on a fait afin de procéder à des corrections et de l’adapter suivant évolution de la technologie et des mentalités dans le domaine de la profession. 3. LA QUALITE TOTALE 3.1 Définition La qualité totale est un ensemble de démarches et d’outils visant à mobiliser l’ensemble des ressources de l’entreprise pour obtenir une meilleure satisfaction des clients et utilisateurs des produits et services vendus à moindre coût. L’entreprise, l’organisme, ou la structure s’efforce tous les jours d’atteindre l’excellence en se qualifiant dans le défi des cinq zéros olympiques : • Zéro défaut : conformité aux spécifications techniques ; • Zéro panne : fiabilité des équipements et des produits vendus ; • Zéro délai : maîtrise des relations client-fournisseurs, et réduction des cycles de productions, disponibilité du produit ; • Zéro stock : réduction des stocks et ajustement à la demande ; • Zéro papier : simplification de l’organisation et des procédures, information. 3.2 Conditions de la qualité totale La qualité totale repose principalement sur les ressources humaines. C’est pourquoi, les leaders, les décideurs tout mettre en œuvre pour les y intéresser. Le préalable consiste à reconnaître les mérites individuels et collectifs des agents ; cela peut se faire sous la forme d’un courrier, d’une note d’information ou verbalement au cours des réunions de services (lettre de félicitations, affichage de la photo de « l’agent du mois » ; cette mesure peut être complétée par l’attribution d’une prime, d’un diplôme d’honneur, d’une bourse de perfectionnement ou d’études, etc.

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Les conditions suivantes peuvent contribuer à la qualité totale dans une structure (entreprise, Administration, collectivité, etc.) : • Mise en place d’une gestion de type participatif avec des objectifs clairement définis pour chaque acteur et où chaque acteur est amené à d’autocontrôler ; • Renforcement et priorité à l’information de tous, information complète, information transparente pour éviter la désinformation, des interprétations erronées ; • Formation des hommes ; • Maîtrise du temps ; • Modernisation de l’outil de travail et des conditions de travail. 4. AVANTAGES DE LA QUALITE Lorsqu’une entreprise, une structure fournie des services ou met sue le marché des produits répondant à un minimum de qualité, les avantages sont importants. Parmi les bénéfices on peut citer : • La confiance du client, • Des gains d’argent, • La fiabilité des produits, • La sécurité des utilisateurs, • Des économies de devise pour le pays, • La compétitivité, • La fierté de l’entreprise, • L’ouverture des marchés extérieurs. 5. LA NON-QUALITE 5.1 Définition de la non-qualité La non- qualité peut être défini comme tout ce que l’on n’arrive pas à faire correctement du premier coup et qui nécessite des retouches, des reprises, des réparations, etc.

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La non-qualité, c’est aussi tous les gaspillages de ressources que l’on peut constater dans

notre

Administration,

dans

nos

entreprises,

sur

nos

chantiers.

Un robinet mal fermé entraînera des fuites d’eau donc un gaspillage de ressources ; Un climatiseur une ampoule que l’on oublie d’éteindre sont des consommations inutiles d’électricité, que ce soit à domicile ou dans son lieu de travail ; La reprise d’un courrier par la dactylographe, la secrétaire ou par le chef de service lui-même constitue une perte de temps et un gaspillage de papier et d’encre ; L’absentéisme, les retards, le non-respect des délais de livraison et des clauses contractuelles sont aussi des cas de non-qualité. 5.2 Coût de la non-qualité La non-qualité coûte cher à notre entreprise, à l’Administration, au budget familial, à la société ; on peut citer : • Perte de temps, • Pertes d’argent, • Mauvaise réputation, • Perte de clientèle, • Produits non fiables, • Faillite, etc. Pour éviter la non qualité, des documents techniques sont élaborés afin d’assurer un minimum de qualité à certains produits par des structures reconnues : • International Standard Organisation (ISO), • Association Française de Normalisation (AFNOR), • CODINORM (Côte d’Ivoire Normalisation), • EURONORM, • Etc. Ces structures élaborent des normes, mettent en place des systèmes de certification, des documents techniques, etc. La politique de normalisation en Côte d’Ivoire est gérée par CODINORM. Créée en septembre 1992, cette structure est une association entre l’Etat ivoirien et le secteur privé en vue de la gestion des activités de normalisation en Côte d’Ivoire.

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6- NORMALISATION 6-1 Définition Une norme peut être définie comme une spécification technique, un code pratique destinée à une application répétitive, approuvé par un organisme de normalisation et mis à la disposition du public. 6-2 Objectif de la norme Trois grands objectifs à distinguer : - Protection du consommateur contre les produits dangereux et de mauvaise qualité ; - Protection des producteurs contre une concurrence déloyale ; - Promotion de la qualité des produits locaux. 6-2 Elaboration d’une norme Les normes sont élaborées au sein de comités et sous-comités techniques regroupant tous les opérateurs économiques concernés par le produit à normaliser (fabricants, importateurs, utilisateurs, laboratoires, administrations, syndicats professionnels, associations de consommateurs). 7- CERTIFICATION 7-1 Définition La certification est une procédure d’attestation de la conformité d’un produit, d’un service, d’un système d’organisation a un référentiel donné (norme, document technique). Cette procédure requière intervention d’un organisme certificateur (CODINORM, etc.). Cet organisme dérive un certificat attestant la conformité du produit. Cela se concrétise par l’application d’une marque de conformité. Exemple : NI (Norme Ivoirienne) NF (Norme française) Trois (3) grands types de certification à distinguer : - La certification de produit Elle atteste la conformité du produit a des règlementations - La certification d’entreprise Elle atteste la conformité du système d’assurance qualité d’une entreprise a une norme de la série ISO9000. Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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Exemple : le port d’Abidjan, SODECI, CIE sont certifiés ISO9002 - La certification de personne Elle atteste la qualification des agents. 7-2 Avantages de la certification On peut citer : - La bonne réputation des produits à l’étranger ; - Simplification du choix des produits pour les consommateurs ; - Relation de confiance entre l’entreprise et le client ; - Protection du producteur pour une concurrence déloyale. 8- NECESSITE D’UN CONTROLE ACCEPTE PAR TOUS Le contrôle des opérations de construction sur un chantier est une nécessité absolue si l’on veut rester compétitif. Ce contrôle procure des avantages aux maîtres ouvrages et aux maîtres œuvres. - Connaissance des matériaux employés - Régularité de fabrication et mise en œuvre - Coefficient de sécurité plus réel que théorique Ce pendant des obstacles subsiste au contrôle : - Obstacle psychologique : la notion de contrôle gène Obstacle financier : le contrôle coûte de l’argent. Mais, il faut contrôler le coût du contrôle aux conséquences de son absence.

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CHAPITRE III : LES GRANULATS 1. DEFINITION On appelle granulats (ou agrégats), des matériaux minéraux granulaires, inertes (sables, graviers, roche concassée ou broyées, fragments roulés dans le lit des fleuves), ayant des caractéristiques leur permettant d’être utilisés, sans préparation complémentaires dans l’un ou l’autre des emplois suivants : • Soit seuls pour l’exécution de remblais, d’assises routières (fondation), ballast de chemin de fer, de filtres, etc. • Soit avec un liant (chaux, ciment, bitume) pour constituer : o Des mortiers et des bétons hydrauliques avec du ciment, o Des enrobés hydrocarbonés avec le bitume (béton bitumeux, sandasphalt), o Des revêtements multicouches sur les chaussées par épandages alternés de cutback (bitume fluidifié par un solvant) et de gravillons de plus en plus fins, o Des graves traitées pour assises de chaussées (graves-ciment, gravesbitume), Cette définition signifie qu’un matériau qui nécessite, pour être utilisable dans l’un ou l’autre des emplois mentionnés, une préparation telle que criblage, lavage, concassage, etc. n’est pas encore un granulat. Il ne le devient qu’après avoir subi cette élaboration. Le terme « granulat » ne concerne ni les éléments inférieurs à 0,080 mm (fines, farines et fillers) ni ceux qui dépassent 80 mm (moellons et galets). Le terme granulat est également utilisé pour désigner des granules artificiels ou non, utilisés dans la construction des bâtiments et des ouvrages de génie civil (laitier granulé, argiles expansées, schistes expansés, etc.). Les granulats sont majoritairement d’origine naturelle et sont extraits dans des carrières. Ces matériaux doivent satisfaire un certain nombre de spécifications selon l’usage que l’on veut en faire. On peut à titre indicatif donner les limites des caractéristiques audelà desquelles, les matériaux ne conviennent pas aux utilisations précitées et ne peuvent pas être considérés comme des granulats. Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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Remarques Le terme « agrégat » utilisé pour désigner les granulats n’est pratiquement plus d’usage de nos jours. Le terme inerte de la définition signifie que les granulats ne réagissent pas avec le liant éventuel. 2- NATURE GEOLOGIQUE ET CLASSIFICATION 2-1- Provenance Les granulats proviennent des roches naturelles fragmentées par l’érosion et roulées dans le fond des cours d’eau (sable, cailloux, galets), ou des carrières de concassage de roches massives. Les différentes roches couramment utilisées sont : - Roches magmatiques (roches éruptives) : granites, basaltes. En Côte d’Ivoire, on trouve des granites tandis qu’au Sénégal, ce sont les basaltes qui constituent l’essentiel de ces roches. Ces roches sont formées de quartz, feldspath, mica. Le basalte est une roche volcanique à forte densité (2,85 à 3). - Roches métamorphiques : ardoises, argiles (proviennent de la décomposition des feldspaths), marnes (argiles + calcaires). - Roches sédimentaires : quartz, grès, silex, calcaires, etc. 2-2 Classification On classe souvent les granulats en fonction de leur densité absolue ; ainsi on a : • Les granulats légers dont la densité absolue est généralement inférieure à 1. Certains sont naturels (pierre ponce, pouzzolanes), d’autres sont artificiels (schistes expansés, argiles expansées, laitier expansé). • Les granulats courants dont la densité moyenne avoisine 2,5. Granites, silicocalcaires, basaltes, quartz, etc. • Les granulats lourds Ils sont essentiellement employés pour la confection des bétons lourds utilisés pour la construction d’ouvrages nécessitant une protection biologique contre les rayonnements atomiques dans les centrales nucléaires par exemple ; on utilise Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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en particulier la barytine (sulfate de baryum : Dabs = 4,2 à 4 ,7), la magnétite (oxyde de fer : Dabs = 4,5 à 5,1). • Les granulats très durs pour des usages spécifiques. Pour les bétons réfractaires, on utilise la chromite, le corindon, etc. 3- PRINCIPE GENERAL DE FABRICATION Les granulats sont produits essentiellement : • Dans les carrières de roches massives, • A partir de gisements alluvionnaires, • Artificiellement (productions de granulats artificiels légers (laitiers expansés, argile expansée, schiste expansé). Quatre opérations sont nécessaires à leur production : • L’extraction de la matière première, • Le concassage, • Le criblage, • Le stockage avant expédition. Parfois une opération complète l’un de ces quatre traitements ; par exemple, la cuisson des nodules sont moulés, le concassage est supprimé. a. Granulats de carrière L’extraction se fait par abattage à l’explosif, après que la découverte (terre végétale et roche altérée surplombant le front de taille) a été éliminée. Le concassage est réalisé en plusieurs étapes : concassages primaires, secondaires et tertiaires par exemple, séparés les uns des autres par des criblages. Le criblage consiste à faire circuler le matériau (à cribler) sur un tamis qui vibre.

Abattage Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

Concassage Email : [email protected] Cel : 07022010

Criblage 12

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b. Granulats alluvionnaires L’extraction se fait généralement par pelle mécanique en site terrestre et par dragage en site aquatique. Le concassage est une opération auxiliaire ; le criblage est l’opération principale.

Dragage c. Granulats artificiels légers Il existe un très grand nombre de types de granulats artificiels. La plupart d’entre eux ne sont utilisée que pour des bétons de remplissage isolants, peu résistants. Les plus utilisés sont les argiles et schistes expansés. Ils proviennent du traitement des sous-produits industriels en général. Le procédé de fabrication le plus employé pour les argiles et les schistes expansés consiste à transformer la matière première en pâte ; cette pâte passe à travers une filière à la sortie de laquelle les boudins de pâtes sont découpés en nodules. Ces nodules sont cuits dans un four rotatif. Par ce procédé, les grains du granulat sont de forme presque sphérique. Notons qu’il existe des granulats légers naturels tels que la pierre ponce, les schistes naturels. 4- CRITERES DE QUALITE ET ESSAIS La qualité d’un granulat est définie par ses caractéristiques. Les critères de qualité d’un granulat portent sur :  Son identification ;  Sa granulométrie ;  Sa dureté ; Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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 Sa propreté ;  Etc. Ces caractéristiques sont liées aux propriétés des roches d’origines et aux conditions d’élaboration. 4-1 Identification des roches Elle se fait sur des échantillons de roches prélevés dans les bancs de la carrière. Les critères d’identification d’une roche sont : • Sa composition minéralogique : elle est déterminée sur des lames minces réalisées par un laboratoire et examinées au microscope polarisant. On détermine le pourcentage des différents constituants au compteur de points. On note également le degré d’altération des minéraux. • Sa structure : elle est déterminée cours du même examen (grenue, grains moyens), • Sa porosité, • Sa masse volumique, • Sa masse spécifique. 4-2 Granulométrie 4-2.1 Définition La granulométrie est la science des dimensions et de la forme des grains. La granulométrie est caractérisée par la distribution dimensionnelle des éléments d’un granulat. Elle est déterminée au laboratoire au cour d’une opération appelée analyse granulométrique. Cette opération est effectuée sur des tamis a maille carrée.

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Le tableau ci-dessous donne les appellations normalisées des granulats (norme française NF P 18-304) suivant leur dimension. Appellation Farines, fillers, fines Sables

Gravillons

Pierres cassés (matériaux de concassages, cailloux matériaux roulés) Moellons et galet (matériaux de concassage et matériaux roulés)

Fins Moyens Gros Petits Moyens Gros Petit Moyens Gros

Dimensions (Maille de tamis) 80 mm

NOTA : Au sens de la norme (AFNOR P 18-304) les farines, fillers, fines et les moellons et galets ne sont pas des granulats puisque ces éléments ne ni destinés aux usages routiers ni utilisés pour la fabrication de bétons et mortiers hydrauliques. 4-2.2 Classe granulaire On désigne la classe d’un granulat par le terme d/D où d correspond à la dimension des plus petits grains à près 92% et D à la dimension de plus gros grains qu’il contient, à 8% près. Par exemple, un granulat de classe 5/15 présente environ 8% de refus sur le tamis

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de maille 15 mm et 92% de refus sur le tamis de maille 5 mm. Le refus c’est ce qui reste sur le tamis. Le terme granulat d/D au sens défini ci-dessus est réservé aux granulats tels d soit supérieur ou égal à 0,5 mm Dans le cas contraire, le granulat est appelé « granulat 0/D ». On utilise généralement les classes granulaires suivantes : • 0/5 : sable usuel pour bétons • 5/15 : petit gravier pour béton fins, • 20/40 : mélange pour gros béton. En technique routière, les granulats 0/D tels que D soit compris entre 6 mm et 40 sont appelés graves et les granulats 0/D tels que D soit compris entre 0,5 mm et 6 mm sont appelés sable. Une grave est donc un mélange de granulats naturels ou artificiels à granularité continue, de cailloux, de graviers et de sable avec parfois présence de particules plus fines. Il peut s’agir d’éléments roulés ou concassés. Les plus courants sont : 0/4 ; 0/10 ; 0/20 ; 0/31,5. 4-2.3 Courbe granulométrique La courbe granulométrique traduit la distribution pondérale des granulats élémentaires composant un granulat donné. Elle est déterminée au cours d’une opération de laboratoire appelée analyse granulométrique. Cette opération consiste à classer les granulats en fonction de leurs grosseurs déterminées par criblage sur des tamis à mailles carrées, dont les dimensions sont les termes d’une série géométrique de raison 10

√10 =1,259 commençant à 0,8 mm On appelle « tamisât » ou « passant » la partie des granulats qui est passé à travers

le tamis et « refus » la partie qui est restée sur le tamis. On trace cette courbe sur un graphique composant en ordonnée le pourcentage des tamisât (0 à 100%) ou des refus (100% à 0) sous les tamis dont les dimensions des mailles sont indiquées en abscisse en mm selon une graduation logarithmique et avec le module correspondant. Signalons que le Module est le nombre le plus proche du produit par 10 du logarithme décimal de l’ouverture des passoires exprimée en micron. Les dimensions des tamis sont normalisées (norme française NFP 18.304). On a : Dpassoire = 1,25 Dtamis Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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Exemple : Dpassoire = 1,25 Dtamis Module = 10 x log(Dpassoire) Dtamis = 0,4 mm = 400 µm Dpassoire = 1,25 x 400 = 500 Module = 10 x log (500) Module = 27 4-2.4 Pourcentage des granulats élémentaires Il est facile de lire le pourcentage d’éléments dont la taille est comprise entre deux valeurs, ou le pourcentage de granulats élémentaires (taille comprise entre deux tamis successif). 4-2.5 Continuité – discontinuité La courbe granulométrique (ou la granularité) est continue s’il manque aux plus trois granulats élémentaires consécutifs. S’il en manque plus la granularité est discontinue. La discontinuité se rencontre souvent dans les mélanges pour le béton. Exemple : sable 0/5 et gravier 15/25. 4-2.6 Granulométrie interne d’un granulat 0/D ou module de finesse La granulométrie interne d’un granulat 0/D joue un rôle important dans la confection des bétons hydrauliques. Elle est caractérisée par le module de finesse Mf qui est égal au 1/100 de la somme des refus cumulés exprimés en pourcentage sur les différents tamis de la série suivante : Tamis (mm) 0,16 0,315 0,63 1,25 2,5 5 10 20 40 80 Module

23

26

29

32

35 38 41 44 47 50

Pour les sables, par définition des dimensions des mailles des tamis utilisés sont comprises entre 0,16 et 5 mm Si 1,80 < Mf < 2,20 on a un sable plutôt fin ; les bétons fabriqués avec ce type de sable sont d’une bonne ouvrabilité mais de faible résistance.

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Si 2,20 < Mf < 2,80 on a un sable préférentiel qui donnera des bétons de bonne ouvrabilité et de bonne résistance. Si 2,80 < Mf 2 ▪

% de Tamisât ou Passant = 100 - % de RC pour chaque tamis.

Application : 1- Tracer des courbes granulométriques de M1 et M2 2- A quelle famille de granulat correspond M1 et M2 ? 3- Donner la classe granulaire de M1 et M2. 4- Donner le module de finesse de M2 4-3 Caractéristiques morphologiques des granulats a- La forme des grains La forme d’un élément est définie par trois dimensions qui sont : la longueur L, la grosseur G et l’épaisseur E. la forme influence la qualité du granulat et son comportement dans les matériaux mis en œuvre. Les granulats sont soit roulés (forme arrondie) soit concassés. Ils peuvent comporter des plats ou des aiguilles qui sont des éléments plats ou longs. Ces éléments rendent la mise en œuvre difficile et se mettent mal en place ; ils se fragmentent facilement ; leur utilisation présente des dangers de rupture (plaquettes), des dangers de poinçonnement ; ils peuvent former quelquefois des voûtes. Le coefficient volumétrique (ou coefficient de forme) C et le coefficient

?

d’aplatissement A permettent de caractériser la forme des granulats.

.

. L

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E

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b- Coefficient volumétrique ou coefficient de forme (C) C’est pour un grain le rapport entre le volume v du grain considéré et le volume de la sphère circonscrite de diamètre d ; d est la plus grande dimension du grain.

d

C=

V πd3 6

Pour un granulat constitué d’un ensemble de grain on a : C=

∑V ∑πd3 6

Un coefficient faible signifie que le granulat présente un certain nombre de plats, d’éclats et d’aiguilles. Un granulat de forme arrondie sera caractérisé par un coefficient volumétrique élevé. Exemple : bille = 1 ; cube = 0,37. Pour avoir un béton de bonne résistance il est recommandé d’utiliser des granulats ayant un coefficient volumétrique élevé. c- L’angularité Les matériaux alluvionnaires qui n’ont pas subi de concassage ont des formes arrondis, alors que les granulats concassés présentent des arêtes vives et ont une forte angularité. Une bonne angularité confère au mélange granulaire une meilleure stabilité mécanique ; par contre, la présence d’éléments roulés assure une meilleure maniabilité qui, au moment de la mise en place, facilite le serrage et l’obtention d’une bonne compacité. Pour la confection de bétons hydrauliques où le dosage en liant est élevé, on privilégiera la recherche d’une bonne ouvrabilité en utilisant de préférence des matériaux roulés. Au contraire, pour les assises de chaussée, on mettra plutôt l’accent sur l’obtention d’une bonne stabilité du mélange granulaire, soit parce qu’il n’y a pas assez de liant (graves non traitées), soit parce que la rigidité du liant est faible (graves-bitume). Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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d- Coefficient d’aplatissement (A) (recherche) Cet essai permet de caractériser la forme d’un granulat en déterminant le pourcentage des particules pour lesquels G/E > 1,58. L’échantillon est tamisé sur un tamis de 4 mm d’ouverture et le refus de masse M0, qui est pesé au gramme près, est utilisé pour la détermination de A. On effectue ensuite un double tamisage : 1) Sur tamis pour classer l’échantillon en classes granulaires d/D tel que D = 1,25d 2) Les différentes classes granulaires d/D ainsi isolées sont tamisées une à une sur une grille à fentes parallèles d’écartement e=d/1,58 (ce qui correspond aussi à : E=D/2). On peut donc associer à chaque classe granulaire d/D un tamis à fente correspondant de largeur E, ce qui permet de définir des coefficients d’aplatissement Ai partiels. ▪ Le coefficient d’aplatissement de chaque classe granulaire d/D est égal au pourcentage de passants sur la grille à fente correspondante. ▪ Le coefficient d’aplatissement global de l’échantillon est égal à la somme des coefficients d’aplatissement des différentes classes granulaires d/D. La correspondance entre classes granulaires d/D et grilles à fentes de largeur E est donnée dans le tableau suivant :

Remarque :  Lorsque A = 30 %, le granulat est très plat ; Lorsque A < 10 %, le granulat est de forme cubique.  Pour les ouvrages d’art :

A ≤ 20 % si D >10 mm et A ≤ 25 % si D 90 : le sable manque d’éléments fins ; il y a risque de défaut de plasticité pour le béton. 5 AUTRES CARACTERISTIQUES ET DEFINITIONS 5-1 Masse spécifique – Densité absolue La masse spécifique d’un corps est la masse de ce corps par unité de volume de matière pleine sans aucun vide entre les grains le constituant (volume absolu). Msp =

𝑚 𝑉𝑔

𝑉𝑡 = volume total Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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𝑉𝑔 = volume de grains 𝑉𝑣 = volume vides 𝑉𝑔 = 𝑉𝑡 - 𝑉𝑣 La densité absolue (Dab) est le rapport de la masse spécifique à la masse d’un égal volume d’eau à + 4°C soit 1000 kg ; ce rapport est sans dimension et est égal au 1/1000 de la masse spécifique. Pour le granite Dab = 2,62 5-2 Masse volumique – Densité apparente La masse volumique d’un corps ρ est la masse de ce corps par unité de volume total y compris les vides entre les grains le constituant (volume apparent) ;

𝜌=

𝑚 𝑉𝑡

La densité apparence (Dap) est le rapport de la masse volumique à la masse d’un égal volume d’eau à + 4° C. elle est égale à 1/1000 de la masse volumique et est sans dimension. Pour le granite Dao = 1,5 5-3 Compacité Pour un corps poreux ou un mélange de granulat de volume V et dont les pores ou vides internes représentent un volume v, la compacité est le rapport du volume de matière au volume total. 𝛾=

𝑉−𝑣 𝑣 =1 − 𝑉 𝑉

5-4 Porosité C’est le rapport du volume des vides au volume total p = On a : p + 𝛾 = 1

𝑣 𝑉

5-5 Indice des vides C’est le quotient de la porosité à la compacité.

I =

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𝑝 𝛾

=

𝑣 𝑉−𝑣

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Ces caractéristiques ont été déjà définies au chapitre précédent. Ex : Soit un granulat d’argile expansé de 460 kg et dont le volume total des grains est de 525 litres. La porosité des grains est de 65%. Ce granulat remplit un récipient de 1m3 de volume. Calculer : 1/ la masse volumique 2/ la densité absolue du granulat, 3/ la densité absolue de la matière constituant les grains du granulat (l’argile). Réponse : 1/ = 460 kg/m3 2/ Dab = 0,876 3/ Dab = 2,5

5-6 Teneur en eau des sables Les granulats livrés sur le chantier sont rarement secs, et la quantité d’eau retenue par les grains très variable avec la grosseur des grains. En ce qui concerne les sables, la présence d’un certain pourcentage d’eau augmente plus ou moins son volume. On mesure la teneur en eau du sable en procédant de la façon suivante : On pèse une quantité de sable humide et on le dessèche ensuite jusqu’à poids constant à l’étuve (105° C) ou par brûlage à l’alcool ou au camping gaz. Soit p1 le poids de matériau humide Soit p2 le poids de matériau sec La teneur en eau W% est donnée par la formule :

%𝑤 =

𝑃1 − 𝑃2 x 100 𝑃2

5-7 Foisonnement des sables On constate qu’un sable mouillé occupe plus de place qu’un sable sec. C’est ce qu’on appelle le foisonnement. Il est dû à la polarisation des molécules d’eau à la surface des grains. Ce phénomène passe par un maximum pour une certaine teneur en eau (vers 5 %) ; en déca, la surface des grains n’est pas complètement couverte et au-delà l’eau libre agit comme lubrifiant. Passé une certaine limite (10 %, le sable est saturé : l’eau s’écoule au travers des grains et la teneur en eau reste constante. Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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Plus le sable est fin, plus le foisonnement est important l’étude du foisonnement des sables est importante lorsque l’on utilise des dosages volumétriques en raison de la modification de la densité apparente. Le foisonnement est donné par la formule : %𝑓 =

𝑉ℎ − 𝑉𝑠 x 100 𝑉𝑠

En employant un sable humide, sans tenir compte du foisonnement, l’erreur porte sur le poids d’eau de gâchage, d’où la baisse de la résistance du béton ou du mortier.

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CHAPITRE IV : LES LIANTS I- GENERALITES SUR LES LIANTS Les liants sont des substances employées pour agglomérer les particules organiques et inorganiques et des fibres, dans le but de produire des éléments résistants. Ce résultat découle généralement d’une réaction chimique qui s’opère en présence soit de chaleur, soit d’eau et / ou d’autres substances. Soit encore par simple exposition à l’’air. Les liants se répartissent en 4 groupes principaux : • Les liants minéraux, • Les liants bitumineux, • Les liants naturels, • Les liants synthétiques. 1.1 Les liants minéraux Ce groupe se subdivise en 3 catégories à savoir : • Les liants hydrauliques : ils ont besoin d’eau pour durcir et acquérir leur résistance. Il s’agit du ciment, des chaux hydrauliques ; les chaux hydrauliques sont obtenues par calcination de roches calcaires, dont la teneur en argile est moyenne élevée. • Les liants non hydrauliques : ils ne durcissent qu’en présence de l’air. Le plus connu est l’argile ; l’argile présente dans la plupart des terres est responsable de leur durcissement au soleil et de leur ramollissement lorsqu’on les humidifie. La chaux, à forte teneur en magnésium ou en calcium est un autre liant non hydraulique très répandu ; il est également connu sous le nom de chaux aérienne. Le plâtre est un liant non hydraulique qui provient du gypse (dihydrate de sulfate de calcium : Ca SO4, 2H2O) ; sa production nécessite peu d’énergie (cuisson du gypse à faible température). • Les liants thermoplastiques : durs quand ils sont froids, ils se ramollissent lorsque la température augmente. On peut les réutiliser plusieurs fois ; c’est le cas du souffre utiliser pour le surfaçage des éprouvettes de béton.

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1.2 Les liants bitumineux Les bitumes sont des mélanges de plusieurs hydrocarbures (composés de carbone et l’hydrogène) et de quelques autres substances. Il s’agit d’un résidu de la distillation du pétrole brut. Ils proviennent des raffineries de pétroles ou de gisements naturels (extrait de roches poreuses ou de lacs souterrains, situés à proximité de gisements de pétroles). Les asphaltes sont définis comme étant des mélanges contenant du bitume et une importante proposition de matières minérales inertes (sable, gravier, etc.). Aux USA, le bitume est appelé asphalte, ce qui provoque certaines confusions. Le goudron est une substance noire et épaisse, produite lors de la distillation destructive (ou carbonisation) de matières organiques, telles que le charbon. 1.3 Les liants naturels Plantes et animaux fournissent toute une variété de liants, lesquels peuvent être employés dans leur forme naturels : jus de feuilles de bananier, latex d’hévéa, sève de sisal, etc.) 1.4 Les liants synthétiques Ces liants sont généralement obtenus par des procédés industriels et sont donc souvent coûteux ; certains liants synthétiques sont toxiques. II- LES LIANTS HYDRAULIQUES / CIMENT Les liants hydrauliques ont besoin d’eau pour durcir et acquérir leur résistance. C’est le cas du ciment qui, mélangé avec de l’eau en proportion convenable, forme une pâte plastique qui se solidifie au bout d’un certain temps ; puis durcit peu à peu, non seulement dans l’air, mais aussi dans l’eau. Ils sont habituellement disponibles sous forme de poudre fine. On dit qu’un liant est doué de propriétés hydrauliques lorsqu’il est capable de durcir sous l’eau. II.1- FABRICATION SU CIMENT PORTLAND Le ciment portland a été mis au point au 19ème siècle et est aussi nommé parce qu’il ressemble à une pierre couramment utilisée en construction, dans la région de Portland en Angleterre. Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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a. Principe de fabrication Calcaires et argiles sont extraits des carrières, puis concassés homogénéisés, cuits à haute température, et broyés. La cuisson à 1450°C d’un mélange de calcaire (75 à 80 %) et d’argile (20 à 25 %) donne une roche artificielle appelée clinker. Le calcaire et l’argile apporte de la chaux (CaO), de la silice (Si𝑂2 ), de l’alumine (A12 𝑂3 ), de l’oxyde de fer (𝐹𝑒2 𝑂3 ). Le ciment Portland s’obtient par broyage du clinker, auquel on mélange préalablement environ 3 à 5% de gypse (sulfate de chaux, 𝑆𝑂4 𝐶𝑎 , 2𝐻2 O) destiné à régulariser la prise. Les quatre principaux constituants du clinker sont : • Le silicate tricalcique : Si𝑂2 , 3CaO (ou 𝐶3 S), • Le silicate bicalcique : Si𝑂2 , 2CaO (ou 𝐶2 S), • L’aluminate tricalcique : 𝐴𝐿2 𝑂3 , 3CaO (ou 𝐶3 A), • L’alumino-ferrite tétracalcique : 4 CaO, F𝑒2 𝑂3, A12 𝑂3 (ou 𝐶4 AF). b. Fabrication du clinker Les matériaux naturels de carrière sont d’abord concassés puis broyés pour obtenir un mélange intime, homogène et bien dosé. Le broyage peut se faire à sec (procédé dit par voie sèche) ou en présence d’eau (procédé dit par voie humide). Dans certaines usines, il existe des variantes par voie demi-sèche ou par voie semi-humide. Le procédé le plus employé est le procédé par voie sèche intégrale (moindre consommation d’énergie). L’usine est généralement placée près de la carrière de calcaire (80% dans la fabrication). II.2- BROYAGE ET CONDITIONNEMENT Le clinker doit être broyé finement afin d’être actif (grains < 200 µm et surface spécifique 2800 𝑐𝑚2 /g à 4000 𝑐𝑚2 /g). Le broyage s’effectue dans les broyeurs à boulets (8 à 12 m de long et 2 à 4 m de Ø). La température au moment du broyage ne doit pas dépasser 120°C, car au-dessus de cette valeur, le gypse se transforme en plâtre ce qui entraîne le phénomène de fausse

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prise lors du gâchage du ciment. Des agents de mouture peuvent être ajoutés à faible dose (1/1000 à 3/1000 au maximum). Ces produits évitent la ré-agglomération des grains déjà moulus ; ils n’ont aucune influence sur la qualité du ciment. Certains ciments contiennent des constituants dits secondaires qui sont mélangés au clinker et gypse dans une certaine proportion (10 à 20%) lors du broyage. Après broyage le ciment est stocké dans des silos d’où il sera ensuite livré en sacs de 50 kg, en containers ou en vrac (wagon, camion, etc.). II.3- CONSTITUANTS SECONDAIRES c. Le laitier C’est un résidu minéral de la préparation de la fonte dans les hauts fourneaux à partie du minerai et du coke métallurgique. Le laitier est un véritable ciment manifestant par lui-même des propriétés hydrauliques. d. Les cendres Ce sont des produits pulvérulents de grande finesse résultant de la combustion, en centrale thermique, de combustibles minéraux solides (houille). On distingue : Les cendres volantes siliceuses (V) qui ont des propriétés pouzzolaniques ; Les cendres volantes calciques (W) qui ont des propriétés hydrauliques et parfois pouzzolaniques. e. Pouzzolanes Ce sont des produits naturels d’origine volcanique composés essentiellement de silice alumine et oxyde ferrique ; ils sont employés en cimenterie pour leurs propriétés « pouzzolaniques » c’est-à-dire une aptitude à fixer la chaux à la température ambiante et à former des composés ayant des propriétés hydrauliques. On obtient artificiellement des pouzzolanes à partir d’argile cuite ou de latérite calcinée.

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f. Fillers Ce sont des matières minérales, naturelles ou artificielles qui agissent par leur granulométrie sur les propriétés physiques des liants (maniabilité, pouvoir de rétention d’eau). II.4- LE SCHEMA DE LA FABRICATION DU CIMENT PAR VOIE SECHE

II.5- ROLE DES CONSTITUANTS Désignation Clinker (K) Laitier de haut fourneau (L) Pouzzolanes (Z) Cendres (C) Fillers (F) Gypse

Rôles Il agit principalement sur la prise et le durcissement du liant Il permet un faible dégagement de chaleur au cours de l’hydratation des ciments mais augmente la sensibilité à la chaleur et au froid pour la prise et le durcissement Il réagit avec l’eau pour former des composés hydratés stables par combinaison avec la chaux Elles ont des propriétés hydrauliques et parfois pouzzolaniques - Ils accroissent la maniabilité - Ils diminuent la perméabilité et la fissurabilité Il régule la prise

II.6- CLASSIFICATION DES CIMENTS La classification des liants hydrauliques se fait suivant des normes. Dans la plupart des pays africains francophones ne disposant pas de normes, on se réfère à la classification de la norme française.

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En Côte d’Ivoire, la norme NI 05 06 035 s’adapte aux normes AFNOR qui classe les ciments suivants : ▪ Leur composition, ▪ Leur classe de résistance. g. Classification suivant la composition Les ciments constitués de clinker et des constituants secondaires sont classés en fonction de leur composition, en cinq types principaux par les normes NF P15-301 et ENV 197-1. Ils sont notés CEM et numérotés de 1 à 5 en chiffres romains dans leur notation européenne (la notation française est indiquée entre parenthèse) : • CEM I : Ciment portland (CPA - dans la notation française), • CEM II : Ciment portland composé (CPJ), • CEM III : Ciment de haut fourneau (CHF), • CEM IV : Ciment pouzzolanique (CPZ), • CEM V : Ciment au laitier et aux cendres (CLC). Les ciments Portland sont les plus couramment utilisés Sous le terme général de « Ciment Portland » sont regroupées les deux catégories de ciment suivantes : • Le ciment Portland artificiel (CPA), • Le ciment Portland composé ou avec ajouts : CPO ou CPJ * Le ciment Portland artificiel (CPA) contient 97% au moins de clinker, le reste étant du filler. * Le ciment Portland composé contient au moins 65% de clinker, le reste étant l’un ou plusieurs des constituants secondaires suivants : • Laitier de cimentier, • Pouzzolanes naturelles ou artificielles, • Centres volants de houille • Filler éventuellement, dans la limite de 5% de l’ensemble des constituants actifs. Selon leur composition, les principaux ciments peuvent être décris comme suit :

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Désignation

Appellation AF

Appellation Européennes

Ciment portland artificiel

CPA

CEM I CEM II / A

Ciment portland composé

CPJ

CEM II / B

Ciment de haut fourneau

CHF

CEM III / A CEM III / B

Ciment de laitier au clinker

CLK

CEM III / C

CEM IV / A Ciments pouzzolaniques

Ciments au laitier et aux cendres (ciments composés)

CPZ

CEM IV / B

CEM V / A CLC

CEM V / B

Composition Plus 95% de clinker + 3% de gypse 80 à 94% de clinker et 6 à 20% à proportion diverses des constituants secondaires 65 à 79% de clinker et 21 à 35% à proportion diverses des constituants secondaires 3% de gypse 35 à 64% de clinker et 36 à 65% de laitier 20 à 34% de clinker et 66 à 80% de laitier 5% à 19% de clinker et 81 à 95% laitier 3% de gypse 65 à 90% de clinker et 10 à 35% de pouzzolane et à des proportions diverses d’autres constituants secondaires 45 à 64% de clinker et 36 à 55% de pouzzolane et à des proportions diverses d’autres constituants secondaires 3% de gypse 40 à 64% de clinker, 18 à 30% de laitier et 18 à 30% de pouzzolane ; 20 à 39% de clinker, 31 à 50% de laitier et 31 à 50% de pouzzolane ; 3% de gypse

h. Classification suivant la résistance Les ciments sont répartis en trois classes de résistance : 32,5 - 42,5 - 52,5 définies par la valeur minimale de la résistance normale du ciment à 28 jours. Ces classes de résistances minimales garantes en compression sur éprouvettes de mortier normal à 28 jours d’âge après conservation dans l’eau à 27°C+/-2°C. Elle est de 35 MPa pour les ciments CPA 350 et CPO 350 et de 32,5 MPa pour le ciment CPJ 32,5. Pour le ciment CPJ 42,5, elle est de 42,5 MPa. Ces résistances sont mesurées conformément à la norme ivoirienne NI 05 06 001 : 2018. Elle est inspirée de la norme européenne EN 197-1 avril 2012. Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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Résistance à la compression MPa Temps de Stabilité début de Classe de Résistance à court (expansion) Résistance courante prise résistance terme 2 jours 7 jours 28 jours min mm 32,5 L a) — ≥ 12,0 32,5 N — ≥ 16,0 ≥ 32,5 ≤ 52,5 ≥ 75 32,5 R ≥ 10,0 a) 42,5 L ≥ 16,0 ≥ 42,5 ≤ 62,5 ≥ 60 ≤ 10,0 42,5 N ≥ 10,0 — 42,5 R ≥ 20,0 — a) 52,5 L ≥ 10,0 — 52,5 N ≥ 20,0 — ≥ 52,5 — ≥ 45 52,5 R ≥ 30,0 — a) Classe de résistance uniquement définie pour les ciments CHF-CEM III. À chaque classe de résistance courante, correspondent trois classes de résistance à court terme : une classe de résistance à court terme ordinaire, notée N, une classe de résistance à court terme élevée, notée R, et une classe de faible résistance à court terme, notée L. La classe L est uniquement applicable aux ciments CHF-CEM III qui sont alors des ciments de haut fourneau à faible résistance à court terme. La conformité de ciment produit aux classes est contrôlée régulièrement par des essais effectués par le fabricant et dans des laboratoires privés agrées. En Côte d’Ivoire, le LBTP fait des publications sur les caractéristiques des ciments qu’il contrôle sous sollicitations des fabricants. i. Ciments à usage spécifique  Ciment prompt naturel CNP norme NF P 15-314 Composition : est obtenu par cuisson, à température modérée (1000 ÷ 1200 °C) d'un calcaire argileux d'une grande régularité. La mouture est plus fine que celle des ciments Portland. Caractéristiques : C’est un ciment à prise rapide, à faible retrait et à résistances élevées à très court terme. La résistance du mortier à 1 heure est de 6 MPa. Résistance (MPa) Compression Flexion

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15’ 1 h 3 h 1 j

7j

28 j

6 mois 4,0 6,0 8,0 10,0 14,0 19,0 40,0 1,4 1,8 2,3 2,5 3,0 3,5 5,0

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1 an 45,0 5,5

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Le début de prise commence à environ 2 min et s’achève pratiquement à 4 min. Le retrait à 28 jours est de l’ordre de 400 μm/m. Le ciment prompt est résistant aux eaux agressives (eaux séléniteuses, eaux pures, eaux acides).  Ciment d’aluminates de calcium CAC norme NF EN 14647 Composition : résulte de la cuisson jusqu'à fusion d'un mélange de calcaire et de bauxite, suivie d'une mouture sans gypse à une finesse comparable à celle des CPA. Caractéristiques garanties : les résistances minimales sur mortier normal sont les suivantes : Résistance (MPa) 6 h 24 h 28 j compression 30 50 65 flexion 4 5,5 6,5 Début de prise : minimum 1h30. Le ciment fondu développe des résistances à court terme élevées grâce à un durcissement rapide. Il est très résistant aux milieux agressifs et acides (jusqu'à des pH de l'ordre de 4). Une chaleur d'hydratation élevée, liée à son durcissement rapide, permet au ciment fondu d'être mis en œuvre par temps froid (jusqu'à 10 °C). C'est également un ciment réfractaire (bon comportement jusqu'à 1300 °C),  Ciment à maçonner MC norme NF EN 413-1 Composition : résultent d'un mélange à proportions variables de constituants de liants hydrauliques (clinker, laitier, pouzzolane, ...etc.) avec une proportion d'inertes (< 50%). Le ratio de laitier doit être inférieur à 50% du poids des constituants actifs. Classe Résistances minima garanties en MPa 7 jours 28 jours CM 160 10 16 CM 250 16 25 Le temps de début de prise doit être supérieur à 30 mn. L’expansion à chaud ne doit pas dépasser 3 mm La teneur en SO3 est limitée à 3,5%. j. Domaines d’emploi principaux des ciments Le choix du liant comme celui de tout autres matériaux seront fonction de l’utilisation et des propriétés recherchées pour l’ouvrage et des conditions de mise en œuvre. La plupart des ciments conviennent aux emplois les plus usuels ; néanmoins certains sont mieux adaptés que d’autres à des emplois spécifiques. Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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Ciments courants

 CPA ou CEM I -

Béton armé en général coule sur place ou préfabriqué.

-

Béton précontraint.

-

Décoffrage rapide, mise en service rapide (de préférence classe R).

-

Bétonnage jusqu’à température extérieure entre 5 et 10 °C.

 CPJ ou CEM II / A ou B Ces ciments sont les plus couramment utilises -

Béton en élévation, armé ou non, d’ouvrages courants.

-

Travaux nécessitant une résistance initiale élevée (décoffrage rapide par exemple) : CEM II/A ou B classe R

-

Fondations ou travaux souterrains en milieux non agressifs.

-

Dallages, sols industriels.

-

Maçonneries.

-

Stabilisation des sols.

 CHF ou CEM III / A, B, C et CLC ou CEM V / A ou B -

Travaux souterrains en milieux agressifs (terrains gypseux, eaux d’égouts, eaux industrielles, etc.).

-

Ouvrages en milieux sulfatés : les ciments produits sont tous ES, ciments pour travaux en eaux à haute teneur en sulfates, en conformité à la norme.

-

Travaux à la mer ; les ciments produits sont tous PM, ciments pour travaux à la mer.

-

Bétons de masse.

-

Travaux en béton arme ou non, hydrauliques et souterrains (fondations).

-

Travaux nécessitant une faible chaleur d’hydratation.

-

Stabilisation des sols. •

Autres ciments à usage spécifique

 Le ciment alumineux fondu -

Ouvrages exigeant une résistance élevée à court terme.

-

Bétonnage par temps froid (jusqu’a - 10 °C pour des bétons massifs).

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-

Pour béton devant subir des chocs thermiques ou une forte abrasion (utilisation de granulats synthétiques alumino-calciques).

-

Pour béton devant résister à des températures jusqu’à 1 250 °C.

-

Travaux à la mer.

-

Travaux en milieu fortement agressif (pH de 4 à 5,5).

-

Travaux en milieu très fortement agressif (pH < 4) – milieu industriel et égouts urbains et ouvrages d’assainissement.

 Le ciment prompt naturel -

Ouvrages nécessitant une prise très rapide : scellements courants, blocages, aveuglements, voies d’eau, calfatages.

-

Enduits, moulages, tableaux, arêtes, repères, charges importantes.

-

Réhabilitation de façades de toutes compositions en mélange avec les chaux HL ou NHL (en anglais, Natural Hydraulique Lime).

-

Petits ouvrages : chainages, regards, appuis.

-

Milieux agressifs (eaux pures, eau de mer).

-

Travaux à la mer : ce ciment est PM, ciment pour travaux à la mer.

Remarque : Les caractéristiques complémentaires des ciments PM, ES ou CP seront requises pour les usages suivants : ▪ En milieux agressifs :  Des ciments pour travaux à la mer (PM) ;  Des ciments pour travaux en eaux à haute teneur en sulfates (ES). ▪ Pour le béton précontraint : des ciments à teneur en sulfures limitée (CP). Type de Ciment Ciment sans constituants Secondaire Ciment avec constituants secondaires

Désignation Ciment Portland Artificiel Ciment Portland Composé (Ciment portland avec ajouts) Ciment de Haut Fourneau

Ciment à base de laitier

Appellation

Utilisation

CPA 350

Tous travaux de béton armé *

CPO 350 CPJ 42,5 CPJ 32,5R CHF

Ciment de Laitier de Clinker

CLK

Ciment au Laitier et aux Cendres

CLC

Tous travaux de béton armé. Produits en béton non armé Béton de fondation Travaux Souterrains

Contre-indication Présence d’eau Agressive Travaux souterrains Béton de grande Masse : retrait Béton précontraint

Bétonnage par temps froid

*Le type et la classe seront choisis en fonction de la résistance désirée Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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II.7- HYDRATATION, PRISE ET DURCISSEMENT k. Hydratation En présence d’eau, les sels minéraux amorphes, anhydres et instables s’hydratent, il se produit alors une cristallisation qui aboutit à un nouveau système de constituants hydratés stables. La formation de cristaux en aiguilles plus ou moins enchevêtrées produit la prise. Par exemple, le silicate tricalcique anhydre Si𝑂2, 3CaO donne par hydratation un silicate hydraté, la tobermorite, et de l’hydroxyde de chaux : 𝑆𝑖2 𝑂7 𝐶𝑎3 , 3𝐻2 O + 3Ca (𝑂𝐻)2

2 (Si𝑂2 , 3CaO) + 6𝐻2 O

Cette réaction chimique d’hydratation s’accompagne d’un dégagement de chaleur plus ou moins important selon les ciments et la rapidité de prise. l. Prise Lorsqu’un liant est mélangé avec de l’eau de façon à obtenir une pâte molle, le mélange garde sa plasticité pendant un certain temps (de quelques minutes à plusieurs heures suivant la nature du liant) puis apparaissent plusieurs phénomènes : Une augmentation brusque de la viscosité accompagnée d’une élévation de la température de la pâte : c’est le début de prise (quelques heures en général). On appelle début de prise le moment où la pâte commence à perdre sa plasticité c'est-à-dire le moment où elle commence à se raidir. Sa détermination est conventionnelle et se fait à l’aide de l’aiguille de Vicat. Plateau pour masse additionnelle Partie mobile pesant avec la sonde, 300g Index solidaire de la partie mobile permettant la lecture directe de d

Aiguille amovible (ø = 1,13 mm)

40 mm

d

Moule tronconique rempli de pâte

Plaque de base en verre

APPAREIL DE VICAT MUNI DE L’AIGUILLE AMOVIBLE Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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300 g

300 g

Aiguille (ø=1,13 mm)

Aiguille (ø=1,13 mm)

0.5 mm

d

Détermination du temps de début de prise

Détermination du temps de fin de prise

Aiguille équipée de son accessoire annulaire

Mesure du temps de prise des ciments Le début de prise est le moment où l’aiguille chargée de 300 grammes ne va plus jusqu’au fond d’un récipient de 4 cm de haut, entièrement rempli de pâte de ciment. Après un nouveau laps de temps, la pâte cesse d’être déformable et se transforme en un bloc rigide ; c’est la fin de prise. La fin de prise est le moment où la pâte est devenue entièrement solide c’est-à-dire a perdu toute plasticité ; la fin de prise ne se détermine pas avec précision comme le début de prise. Le début de prise correspond au temps dont on dispose pour procéder au malaxage, au transport et à la mise en place du produit. Ces opérations doivent être terminées avant le début de la prise sinon on risque d’altérer la résistance finale du produit obtenu. Du point de vue rapidité de prise, les liants sont classés en 4 catégories : • Liants à prise rapide : Début de prise : 8 mn après le gâchage à 18°C ; • Liants à prise demi-lente : Début de prise : 8 à 30 mn après gâchage à 18°C ; • Liants à prise lente : Début de prise : entre 30 mn et 6 h ; • Liants à prise très lente : Début de prise : plus de 6 h après le gâchage à 18° C. Presque tous les ciments à prise lente ; les chaux sont à prise très lente. Le temps de prise varie considérablement en fonction de la température. En Côte d’Ivoire, où la température à l’extérieur peut atteindre parfois 40°C, il convient d’y faire très attention ; en effet, le temps de prise indiqué et qui est déterminé à 18°C peut être divisé facilement par 3 dans certains cas. Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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Dans certains pays (moyen orient), on utilise de l’eau glacée pour le bétonnage afin de réduire la chaleur dégagée et augmenter en même temps la durée de prise. m. Durcissement Après la prise, le phénomène d’hydratation se poursuit, c’est la période de durcissement qui est beaucoup plus longue et peut se poursuivre pendant des mois.

Gâchage

Début de prise

Fin de prise Temps

0 Période dormante

prise

durcissement

n. Fausse prise Le phénomène de fausse prise se manifeste pendant ou après le gâchage et se caractérise par un raidissement du mortier ou du béton sans grand dégagement de chaleur. Un malaxage plus poussé redonne au matériau sa plasticité initiale ; les résultats sont inchangés. Il ne faut surtout pas ajouter de l’eau, ce qui provoquerait une baisse de résistance. La fausse prise provient de la déshydratation du gypse lors de broyage du clinker lorsque la température dépasse 120° C, le gypse de transformant alors en plâtre suivant la réaction. 𝑆𝑂4 Ca, 1/2𝐻2 O

>120°C 𝑆𝑂4 Ca, 2𝐻2 O

+ 3/2 𝐻2 O Plâtre

Le plâtre fait prise avant le ciment. Au gâchage : plâtre + eau ------- > gypse Le phénomène se produit surtout avec les ciments fins et les ciments riches en gypse. II.8- FINESSE DU CIMENT

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La finesse de mouture du ciment est caractérisée par sa surface spécifique qui est pour une poudre la surface exprimée en cm d’un gramme de cette poudre dont tous les grains seraient développés, la finesse de mouture des ciments varie de 2700 à 3500 cm2/g. L’augmentation de la finesse entraîne une augmentation de la résistance précoce (2 et 7 jours) mais la tendance à l’éventement et au retrait est importante. Sa détermination se fait au perméabilimètre de BLAINE. Voici quelques valeurs usuelles : (en cm2/g) : CPA 350

:

2800

à

3500

CPA 45,55

:

3200

à

4000

Chaux hydraulique

:

4000

à

8000

Plâtre

:

5000

à

12000

Exercice : Calculer la surface spécifique d’une poudre dont les grains supposés sphériques ont un diamètre Ø de 10 µm et une masse spécifique ρ = 3 g/cm3. Réponse : Surface sphère = 4𝜋𝑅2 = 4𝜋 (Ø/2)2 = 𝜋Ø2 Volume sphère = V = 𝜋 (4/3) 𝑅3 = 𝜋Ø3 /6 Masse de la sphère = m = ρØ3 𝜋/6 Surface spécifique = S/m =

𝜋Ø2 𝜌𝜋Ø3

* 6 = 2000 cm2/g.

II.9- ESSAIS SUR LES CIMENTS o. Densité apparente La densité apparence su ciment varie avec son degré de tassement ; on utilisera donc pour mesurer un appareil permettant d’avoir un tassement reproductible d’un essai à l’autre ou d’un laboratoire à l’autre. Méthode d’essai : On utilise un entonnoir, muni d’une passoire, qui fixe la hauteur de chute du ciment dans un litre taré.

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Opération 1 – pesée du litre vide 2 – remplissage en remuant 3 – arasement du litre à la règle 4 – pesée du litre plein La poudre sur la passoire avec spatule Les densités apparentes mesurées sur les poudres de ciment sont de l’ordre de 1 ; elles augmentent avec la finesse de mouture. Dans les silos, la densité apparente peut aller jusqu’à 1,4. p. Masse Spécifique La méthode de mesure du poids spécifique est générale (ciment, graviers, sables, sols) ; le corps est pesé et son volume absolu est mesuré par déplacement d’un liquide. Avec le ciment on utilise un liquide qui ne réagit pas avec lui et qui a un coefficient de dilatation faible : benzène, tétrachlorure de carbone. Mesure au Pycnomètre On utilise un petit ballon de verre, surmonté d’un bouchon rôdé muni d’un tube capillaire avec un repère de remplissage. La masse volumique du liquide variant avec la température, il faut noter celle-ci moment des pesées. Opération : 1 – pesée du pycnomètre seul : 𝑃1 2 – pesée du pycnomètre + liquide : 𝑃2 3 – pensée du pycnomètre + ciment : 𝑃3 4 – pesée du pycnomètre + ciment + liquide de complément : 𝑃4 Ρ : masse volumique du liquide 𝑃2 - 𝑃1 /ρ = volume du pycnomètre 𝑉1 𝑃4 - 𝑃3 / ρ = volume du liquide de complément 𝑉2 𝑉1 - 𝑉2 = volume absolu du ciment 𝑃3 - 𝑃1 = masse du ciment On peut également utiliser le volumenomètre LE CHATELIER, flacon spécial gradué, qui permet de lire directement le volume de liquide déplacé. Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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Valeurs usuelles CPA 3,05 à 3,15 (3,1 en moyenne) Clinker broyé 3,2 Cendres volantes 2,6 Filler calcaire 2,7 Laitier broyé 2,8 à 2,9 Ciment alumineux 3,2 Gypse broyé 2,3 L’addition de gypse ou de constituants secondaires fait diminuer la masse volumique. q. Etude de la Traction par Flexion

b

F

b = 40 L = 106,7 L = 160 mm

Une sollicitation de flexion telle que celle étudiée engendre des contraintes de compression dans les fibres supérieures et des contraintes de traction dans les fibres inférieures. On sait que les produits en ciment ont une faible résistance en traction comparativement à la compression ; c’est donc à partir de la fibre inférieure que le prisme va se rompre. La mesure de la force de rupture correspondra à la résistance en traction par flexion de l’éprouvette qui sera calculée comme suit : Les contraintes dans la section médiane de l’éprouvette ont pour expression : 𝑀𝑣

σ =

avec M =

𝐼

𝐹1 4

et I =

𝑏4 12

La contrainte maximale sur la fibre inférieure est donc pour σ =

3𝐹𝐼

v = b/2

2 𝑏3

La valeur de I a été déterminée de façon à donner une pression finale simple. En effet, en remplaçant le variables I et b par leurs valeurs, on aboutit à : σ (Mpa) =

𝐹 (𝑑𝑎𝑁) 40

ou σ (bars) =

𝐹 (𝑑𝑎𝑁) 4

r. Etude de la Compression La résistance en compression est la contrainte de compression à la rupture : σ‘=

𝐹 𝑆

avec s = 16 𝑐𝑚2

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CHAPITRE V : EAU 1. INTRODUCTION Parmi les éléments qui entrent dans la fabrication des matériaux ou qui interviennent dans leur comportement, l’eau est certainement celui qui est essentiel. C’est un matériau au même titre que le ciment et les granulats et elle intervient par ses propriétés mécaniques et physico-chimiques à toutes les étapes de la vie du matériau. Elle confère au béton une plasticité qui permet son écoulement et son moulage. Elle assure l’hydratation du ciment et participe à la cohésion du matériau durci. 2. L’EAU DANS LA NATURE L’eau est le corps le plus répandu dans la nature mais elle est rarement rencontrée à l’état pur. Elle contient le plus souvent des ions en solution et des particules solides en suspension. Elle peut être purifiée par élimination des matières organiques, des sels minéraux en quantité trop abondante et d’éventuels éléments toxiques (cyanure, mercure, engrais, effluents urbains). 3. L’EAU DE GACHAGE DES MORTIERS ET BETONS On appelle eau de gâchage la quantité d’eau ajoutée au mélange sec. On distingue ainsi l’eau de gâchage de l’eau de prise qui est absorbée par le liant. L’eau permet : • L’hydratation du liant, • Le mouillage des granulats, • Le malaxage. Elle facilite en outre la mise en œuvre du mortier ou du béton. Certaines eaux sont agressives vis-à- vis du mortiers et béton. Ce sont : ▪ Les eaux pures (𝑃𝐻 =7) ; eaux de pluie, eaux de fonte de neige, ▪ Les eaux acides ; eaux naturelles avec une forte proportion de 𝐶𝑂3 𝐻2 , 𝑃𝐻 = 5 à 4, Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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▪ Les eaux alcalines ; elles proviennent de la décomposition de roches, sels de métaux ▪ Les eaux séléniteuses ; elles contiennent du sulfate de chaux, ▪ Les eaux fortement salifiées (chlorurées, sulfatées, magnésiennes), ▪ Les eaux de mer. L’action des eaux agressives varient suivant la nature respective des eaux et des liants : ▪ Liants basiques : ciments où le pourcentage de portland domine (riches en chaux), ▪ Liants neutres : ciments riches en laitier, ▪ Liants acides : ciment alumineux. Les eaux pures ont une action dissolution sur la chaux ; il faut plutôt utiliser dans ce cas les liants neutres ou acides (éviter les ciments riches en chaux). L’action des eaux acides est grave sur la chaux les liants riches en chaux sont attaqués. Les eaux alcalines attaquent les ciments alumineux ; on utilisera de préférence les ciments neutres ou basiques. Les eaux séléniteuses sont très dangereuses pour les liants libérant de la chaux pendant la prise ; le sulfate de chaux agit sur les aluminates non dissous pour donner du sel de CANDLOT. Les liants attaqués sont les Portlands et les liants basiques ; les liants résistants sont les liants neutres. La présence de chlorure accroît la solubilité du gypse (4 à 10 g/l) dans les eaux fortement sulfatées ; en présence de chaux, on obtient un sulfate de chaux + un sulfate magnésie qui précipite. Les eaux de mer contiennent des chlorures et leurs actions sur les liants sont complexes. Elles sont cependant moins dangereuses que les eaux précédentes. Toutefois, il y a élimination de la chaux d’où un affaiblissement de la résistance ; on utilisera de préférence les liants neutres. Les caractéristiques de l’eau de gâchage sont définies par la norme française NFP 18-303. L’eau doit être propre ; les quantités de matières en suspension (caractéristiques physiques) et de sels dissous (caractéristiques chimiques) sont limitées (voir tableau). Toute eau douteuse doit être soumise à l’analyse chimique.

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Valeurs limites Matières en suspension (caractéristiques physiques) Sels dissous (caractéristiques chimiques)

Béton type A 2 g/l

Béton type B 2 g/l

Béton type C 5 g/l

15 g/l

15 g/l

30 g/l

Béton A : Béton de haute qualité, à forte résistance mécanique (poutres) ; Béton B : Béton à grande imperméabilité (barrages, réservoirs, radiers) ; Béton C : Béton courant peu ou pas armé (fondations ordinaires). 4. EAU DE GACHAGE EN COTE D’IVOIRE On utilise généralement l’eau du réseau de distribution d’eau potable (SODECI). A l’intérieur du pays suivant l’emplacement du chantier on utilise soit l’eau de ville, soit l’eau des rivières. Ces eaux sont très peu chargées en sels dissous (1,07 à 0,15) g/l) en raison de la pauvreté en éléments solubles (Ca ; Mg, Na. K) des terrains drainés. Leur légère acidité (PH de 4,5 à 6) est peu gênante pour le gâchage des bétons. REMARQUE Le gâchage à l’eau de mer est en principe interdit : le chlorure de sodium attaque les armatures d’acier.

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TRAVAUX DIRIGES PREMIERE ANNEE Exercice 1 1- Citer les différentes étapes de production des granulats de carrière 2- Citer deux (3) essais permettant de caractériser la dureté d’un granulat ? 3- Quels sont les avantages de l’addition de laitier au clinker ? 4- Quels sont les principaux types de granulats utilisés en Côte d’Ivoire ; préciser leur origine minéralogique ? 5- Quelle différence y a -t-il entre la classe vraie et la classe nominale d’un ciment ? 6- Comment se fait l’extraction des granulats de carrière et alluvionnaire ? 7- Par un schéma clair et simple, expliquer la chaine de production du ciment ? 8- Qu’est-ce qu’un clinker ? 9- Sur quelles bases sont classés les ciments en Côtes d’Ivoire ? 10- Donner trois conditions nécessaires pour atteindre la qualité totale 11- Donner la différence entre certification et normalisation ? 12- Définir la qualité. Enoncer les cinq zéros olympiques et les principes de la démarche qualité. 13- Comment détermine-t-on la propreté des sables ? (Donner le mode opératoire) 14- Quelles sont les caractéristiques morphologiques des granulats ? 15- Quelles sont les conséquences du foisonnement ? 16- Quelles sont les particularités des liants minéraux ? 17- Citer les ciments produits localement. Que signifient les lettres et les signes de ces désignations ? 18- Comment détermine-t-on la densité apparente du ciment ? Donner le mode opératoire. 19- Donner le rôle du gypse ? Exercice 2 On dispose d’un granulat d’argile expansée (alvéolaire) dont la masse d’un échantillon prélevé dans un bac d’un mètre cube est de 400 Kg. Par le principe de la poussée d’Archimède, on détermine le volume des grains qui est de 450 dm3. Les pores des grains sont estimés à 65%. Déterminez : 1. La masse volumique du granulat en kg/l et sa densité apparente 2. La masse volumique des grains et leur densité. Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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3. La masse spécifique de l’argile et la densité absolue Exercice 3 Le LBTP dispose de deux sables S1 et S2 : Les résultats de l’analyse granulométrique de S1 et S2 sont donnés en annexe

-

1- Exploiter les résultats de l’analyse granulométrique de S1 et S2, et tracer la courbe granulométrique de S1 et S2. 2- Déterminer les classes granulaires de S1 et S2. 3- Calculer : -

Les pourcentages de fines de S1 et S2

-

Les modules de finesses de S1 et S2

Par mélange de S1 et S2, on souhaite réaliser un sable de module de finesse égal à 2,5 Rappel : Formules d’Abrams : Abrams a mis au point une formulation permettant de calculer les pourcentages en volumes absolus de deux granulats à être recomposes pour obtenir un granulat de module de finesse connu. Sable S1 de module finesse M𝑓1 Sable S2 de module finesse 𝑀𝑓2 Sable S de module finesse 𝑀𝑓 Avec Mf1 < 𝑀𝑓 < 𝑀𝑓2 𝑆1(%) =

𝑀𝑓2 − 𝑀𝑓 × 100 𝑀𝑓2 − 𝑀𝑓1

𝑆2(%) =

𝑀𝑓 − 𝑀𝑓1 × 100 𝑀𝑓2 − 𝑀𝑓1

𝑆 = 𝑆1(%). S1 + 𝑆2(%). S2

4- Déterminer les propositions de S1 et S2 nécessaires à la réalisation du mélange désiré à partir des formules d’Abrams. 5- Etablir la courbe granulométrique du mélange.

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ANNEXE Sable S1 Masse totale sèche = 1454 g Tamis (mm)

Refus cumulés (en g)

20 16 12,5 10 8 6,3 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 0,08 FOND

Refus cumulés (en %) Passant cumulés (en %)

0 44 174 582 1018 1294 1439 1454

Sable S2 Masse totale sèche = 1611 g Tamis (mm)

Refus cumulés (en g)

20 16 12,5 10 8 6,3 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 0,08 FOND

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Refus cumulés (en %) Passant cumulés (en %)

0 32 145 467 902 1418 1547 1563 1611

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Exercice 4 Un échantillon de matériau pèse à l’état naturel 1000 grammes. Apres étuvage et soumis à l’analyse granulométrique, il ne pèse que 945 grammes. La densité absolue des grains est de 2,55. L’analyse granulométrique donne le tableau suivant dont des valeurs ont été oubliées : TAMIS

Poids cumulé (refus)

% Refus

% Passants

SABLE 40 31,5 25 20 16 12,5 10 8 6,3 5 4 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 0,08 FOND

0 0 0 0 7 7 7 7 8 8 8 12 92 299 578 812 918

1- Déterminer la valeur manquante au fond. 2- Tracer la courbe granulométrique du matériau. 3- Déterminer la classe granulaire de l’échantillon. 4- Calculer : -

Le module de finesse et le pourcentage de fines a 0,08 mm ;

-

La teneur en eau et la porosité ;

-

La compacité et l’indice de vide ;

-

La masse volumique humide et la densité apparente.

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Exercice 5 Un granulat humide pèse à l’état saturé 8,28 Kg. Après étuvage il ne pèse plus que 7,68 Kg. La densité apparente des grains est de 1,40. Ce granulat est soumis à plusieurs essais dont l’analyse granulométrique et l’essai los Angeles. PREMIERE PARTIE : ANALYSE GRANULOMETRIQUE Les résultats de cette analyse sont dans le tableau ci-dessous : Module 45 44 43 42 41 40 39 38 35 29 23 20

Maille (mm) 25 20 16 12,5 10 8 6,3 5 2,5 0,63 0,16 0,08

Refus partiel (g)

Refus cumulé

%Refus

%Passant

0 50 800 3890 1630 770 355 140 18 12 5

1- Tracer la courbe granulométrique du matériau 2- Déterminer sa classe granulaire 3- Calculer 3-1- Le module de finesse et le pourcentage de finesse a 0,08 mm 3-2- La teneur en eau 3-3- La porosité 3-4- La compacité 3-5- L’indice des vides 3-6- La densité absolue 3-7- La masse spécifique humide. DEUXIEME PARTIE : ESSAI LOS ANGELES Un échantillon de ce granulat est soumis à l’essai los Angeles. Après l’essai, le refus sur le tamis 1,6 mm est de 4,25 Kg. 1- Définir brièvement l’essai Los Angeles en ne précisant numériquement que la quantité de l’échantillon et les classes granulaires utilisées. 2- Avec quel autre essai peut-on substituer l’essai Los Angeles ? Le décrire aussi. Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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Calculer le coefficient Los Angeles. Que peut-on conclure ? Exercice 6

L’analyse granulométrique de deux échantillons de sable S1 et S2 donne les résultats suivants : Le poids sec de chaque échantillon utilisé pour cette opération est S1= 1 kg, S2= 2,5 kg. Tamis

Sable 1 (g)

Sable 2 (g)

(mm)

Tamisât passant

0,08

80

60

0,16

96

79

0,315

180

208

0,63

240

305

0,80

60

217

1,25

112,5

312

2,5

81,5

518

5

15

288

10

15

113

1- Déterminer les caractéristiques de chaque sable. 2- On veut obtenir un nouveau sable S3 venant du mélange (S1+S2) dont le module de finesse doit être de 2,6 a- Déterminer les différentes propositions de S1 et S2 à mettre en œuvre pour obtenir S3, ceci grâce à la règle d’Abrams (Mf = module de finesse) (Mf – Mf2) %S1 =

(Mf1 – Mf) %S2=

(Mf1- Mf2)

(Mf1- Mf2)

b- Déterminer les nouvelles caractéristiques de S3 Exercice 7

On considère un granulat d’argile expansé de 500 Kg et dont le volume total est égal à 440 litres. On en remplit un récipient d’un mètre cube. La porosité des grains du granulat est de 80%. Calculer : 1- La masse volumique du granulat ; 2- La densité absolue du granulat ; 3- La densité absolue des grains du granulat. Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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Exercice 8 Une entreprise du BTP désire réaliser un mètre cube (1m3 ) de béton Le dosage pondéral est le suivant : - Ciment 400 kg - Sable 0/5 570 kg - Gravier 5/25 1360 kg 1- On considère des granulats humides (pour deux échantillons de sable et de gravier sec de 1 kg on relève : échantillon de sable humide : 1040 g et échantillon de gravier humide : 1030 g) a- Donner la teneur en eau de ces granulats. b- Donner le nouveau dosage pondéral du béton. 2- Un sable de teneur en eau (w) égale à 4% à un coefficient de foisonnement (f) égal 75%. Donner le volume de sable à mettre en œuvre pour un mètre cube (1m3 ) de béton. La masse volumique du sable sec vaut 1,75 kg/l Donner le dosage volumique pour un mètre cube (1m3 ) de béton si la masse volumique du ciment est 1,1 kg/l et 1,8 kg/l celle du gravier. Exercice 9 Un échantillon de sable humide pèse 1050g. Après séchage, il ne pèse plus que 935g. On donne Dabs=2.65. Calculer les grandeurs suivantes : 1- La teneur en eau 2- La porosité 3- La compacité 4- L’indice des vides 5- La masse volumique et la masse spécifique

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CHAPITRE VI : MORTIERS HYDRAULIQUES 1. DEFINITION On appelle mortier un mélange de liant hydraulique (ciment, chaux hydraulique), et de sable, additionné d’une quantité d’eau suffisante pour constituer une pâte plus ou moins plastique. La pâte ainsi obtenue joue plusieurs rôles essentiels dans les constructions : -

Assurer la liaison, la cohésion des éléments de maçonnerie entre eux, c'est-à-dire la solidité de l’ouvrage, le rendre monolithique ;

-

Protéger les constructions contre l’humidité due aux intempéries ou remontant du sol ;

-

Constituer des chapes d’usure, pour les dallages en béton ;

-

Devenir la matière première de base dans la fabrication de blocs manufacturés, carreaux, tuyaux et divers éléments moulés ;

-

Consolider certains sols de fondations sous forme d’injection.

2. CONSTITUANTS ET DOSAGE D’UN MORTIER DE CIMENT 2.1 Sable Suivant la granulométrie du sable utilisé, on désigne les mortiers sous le nom de : -

Mortiers fins : fabriqués à partir de sable 0/0,315,

-

Mortiers moyens : fabriqués à partir de sable 0/1,25,

-

Mortiers gros : fabriqués à partir de sable 0/5.

Le sable doit être propre, ne contenir que peu d’argile. La quantité de pâte de ciment nécessaire pour enrober le sable augmente avec la finesse de celui-ci, c'est-à-dire avec sa surface spécifique. Un sable bien gradué 0/5 donne la compacité maximum, ce qui entraîne une imperméabilité et une résistance accrues. Un mauvais choix du sable peut avoir des effets néfastes sur le mortier : -

L’excès de fines provoque une chute de résistance, un accroissement du retrait (faïençage),

-

Le manque de fines et un excès de gros éléments réduisent l’ouvrabilité,

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-

Un sable uniforme donne un mortier poreux,

-

Etc.

2.2 Ciment Les ciments utilisés en Côte d’Ivoires sont le CPA 350, le CPJ 425, CPJ 32,5R et le CPO 350 (ancienne classification) et CPA-CEMI 42,5, CPJ-CEMII/B-S 42,5N, etc. (nouvelle classification). On désigne souvent le mortier en fonction de son dosage en ciment :

0

-

Mortier maigre : sous-dosé ;

-

Mortier gras : sur-dosé ;

-

Mortier riche : sur-dosé. 200

Très maigre

350

maigre

450

normal

500

gras

700

900 dosage en liant

riche

très riche

Les dosages sont choisis en fonction de l’emploi du mortier dans la construction. Un mortier d’étanchéité pour un réservoir sera bien plus dosé que la « colle » destinée à monter un mur de clôture. 2.3 Eau de gâchage Un mortier sera trop sec, difficile à mettre en œuvre, et il adhérera mal aux pierres si la quantité d’eau de gâchage est faible. On fait donc des mortiers un peu mous. La quantité d’eau de gâchage est en relation avec la surface des grains de mortier ; elle augmente avec la finesse du sable, et la quantité du liant. Exemple : quantité d’eau de gâchage en fonction du dosage en ciment et pour 1 m3 de sable sec. Ciment (kg/𝑚3 ) Sable Moyen Sable Fin

Dosage en eau (1/𝑚3 ) 250 450 650 150 1 200 1 230 1 240 1 270 1 300 1

2.4 Dosage des Mortiers C’est la quantité de liant mélangée avec 1 m3 de sable sec. On a un dosage normal lorsque le liant rempli les vides de sable. Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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Pour les ciments Portlands le mortier contient généralement 350 à 400 kg de ciment par m3 de sable. 2.5 Rendement d’un mortier : R C’est le rapport du volume de mortier réalisé au volume de sable sec qui a servi à le confectionner. A priori, on peut penser que R est toujours supérieur ou égal à 1, c’est-à-dire que le liant et l’eau remplissent parfaitement les vides laissés par le sable. Cela n’est pas toujours vérifié, en particulier pour les mortiers maigres : l’adjonction de ciment au sable joue le rôle de lubrifiant et facilite le tassement de ce sable, ce qui explique pourquoi le volume final de mortier est inférieur au volume de sable dont on est parti. Exemple : Type de mortier

Mortier maigre de ciment pour chape Mortier riche pour couche d’usure

Dosage en ciment CPA 350 (kg/m3) 350

Eau (l/m3)

R

225

0,968

Affaissement cône d’Abrams (cm) 0,5

550

290

1,150

4

2.6 Les types de mortiers On distingue en CI : a- Suivant le lieu de fabrication ▪ Les mortiers de chantier : Ils sont réalisés par l’entreprise directement sur le site ▪ Les mortiers frais retardés : Ce sont des mortiers prêts à l’emploi, livrés sur chantier par centrales à mortier et béton b- Suivant le liant utilisé Dans les travaux publics on utilise différents types de mortier : • Les mortiers de ciment Les mortiers de ciments sont très résistants, prennent et durcissent rapidement. Le dosage du rapport entre le ciment et le sable est en général volumétrique de 1/3 et le

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rapport de l’eau sur ciment est environ 0,35. De plus, un dosage en ciment les rend pratiquement imperméables. • Les mortiers de chaux Les mortiers de chaux sont moins résistants par rapport aux mortiers de ciment (gras et onctueux). La durée du durcissement des mortiers de chaux est plus lente que pour les mortiers de ciments. ▪ Les mortiers bâtards Ce sont les mortiers, dont le liant est le mélange de ciment et de chaux. Généralement, on utilise la chaux et le ciment par parties égales, mais des fois on prend une quantité plus ou moins grande de l’un ou l’autre suivant l’usage et la qualité recherchée : -

Plus de chaux : plus grande plasticité

-

Plus de ciment : plus grande résistance

3. QUALITES D’UN MORTIER Les qualités exigées d’un mortier sont nombreuses : • Résistance à l’écrasement grâce à une bonne répartition des contraintes ; pour obtenir une résistance maximale il faut réduire les vides au minimum tout en limitant l’eau à la quantité indispensable à la mise en œuvre du mortier, • Imperméabilité ; cela permet d’obtenir un maximum d’étanchéité des joints de maçonnerie et des enduits. Aucun mortier n’est rigoureusement imperméable. On cherche à améliorer l’imperméabilité de mortiers : -

Superficiellement avec un badigeonnage (bitumes) ou lissage à la truelle ;

-

Dans la masse avec des matières hydrofuges et une bonne granulométrie (sulfate de baryum, silice pulvérisée, chaux pouzzolanes, huiles, bitume).

• Bonne compacité, ce qui évite l’infiltration des eaux dans les ouvrages et assure en même temps un accroissement des résistances mécaniques ; l’augmentation de la compacité permet d’obtenir une augmentation de l’imperméabilité et une augmentation de la résistance. La recherche de la compacité maximale, c'est-à-dire de la porosité minimale implique une étude granulométrique et la mesure des vides du sable dont on dispose ; on en déduira la quantité de liant nécessaire pour réaliser un mortier plein, sachant que le volume des vides devra être rempli par un volume égal de pâte pure de ciment. Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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• Adhérence aux matériaux, ce qui permet de mieux transmettre les charges ou créer un écran durable contre les intempéries ; • Conservation d’un volume constant pendant la prise et le durcissement pour éviter les fissures ; • Résistance aux agents agressifs : exemple : le beurre de cacao. Un mortier est dit plein, normal, lorsque le liant remplit sans excès les vides du sable. Un mortier est dit maigre, poreux, pauvre si le liant ne remplit pas les vides du sable. Un mortier est dit gras, riche, lorsque le liant se trouve en excès. 4. EMPLOIS DES MORTIERS DANS LA CONSTRUCTION Il existe de nombreuses utilisations parmi lesquelles : • Les joints de maçonnerie : le mortier sert à jointoyer des parpaings, des briques, des pierres, etc. Dosage en ciment : maigre ou normale ; granularité : moyenne ou grosse ; • La fabrication ou préfabrication de petits éléments : petits tuyaux, produits de voirie, carrelages ; • Le ragréage de bétons (nids de graviers) ; • La confection de chapes d’étanchéité : pour balcons, ponts, terrasses, revêtement de conduites d’égouts, de galeries ; dosage en ciment riche et produit hydrofuge ; • La Fabrication de chapes d’usure : pour sols industriels, trottoirs, quais de chargement, certaines aires de circulation : dosage en ciment riche ; • La confection des enduits : c’est l’une des plus importantes utilisations du mortier, les murs intérieurs ou extérieurs d’un bâtiment peuvent être recouverts d’un mortier de ciment masquant les défauts du gros œuvre, protégeant l’habitation de l’humidité et donnant l’aspect esthétique recherché. 5. MORTIER TYPES UTILISES EN COTE D’IVOIRE Les dosages en ciment sont donnés pour 1 mètre cube de sable sec, soit environ 20 brouettes de sable sec (volume apparent). Tenir le plus compte de la teneur en eau de sable utilisé. Un sable peut paraître seulement humide et contenir plus de 50 litres d’eau par m3 .

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Les brouettes utilisées contiennent 50 litres à condition que celles-ci soient arasées. Certaines brouettes du commerce contiennent plus de 50 litres ; s’en assurer avant tout dosage. Le dosage en eau moyen sera de 200 litres par mètre cube. Il variera en fonction de la finesse du sable et du dosage en ciment. 1 sac de ciment pèse 50 kg. Dosage en ciment (kg/𝐦𝟑 ) 250

Domaines d’utilisation -

400

-

500

-

600

-

300 – 350

Hourder la maçonnerie de moellons, d’agglomérés de ciment plein ou creux, de briques pleines ou creuses. Exécuter les enduits intérieurs sur B.A. moellons, briques ou agglomérés de ciment. Exécuter le jointoiement en montant la maçonnerie. Enduit extérieur ordinaire Deuxième couche d’un enduit tyrolien Troisième couche d’un enduit dit à la moustiquette Pose de carrelages en carreaux de ciment comprimé Rejointoiement en creux sur moellons ou sur briques pleines, Chape au mortier du ciment, Joints pour canalisation en ciment, ou ciment armé, Enduit des parois et fond de regard de visite. Enduit étanche, Chape étanche, Revêtement vertical en carreaux de grès cérame, Revêtement vertical en carreaux de faïence. Scellements dans briques, agglomérés de ciment ou béton.

6- MISE EN ŒUVRE ET APPLICATIONS DES MORTIERS Les emplois des mortiers sont divers. Les règles suivantes doivent être observées dans la mise en œuvre : -

Nettoyer et brosser s'il y a lieu, les surfaces d'application pour une bonne adhérence ;

-

Humidifier les surfaces d'application pour permettre une bonne adhérence et éviter immédiatement les retraits.

-

Etc.

7- EXERCICES Exercice 1

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Calculer le rendement d’un mortier dosé à 450 kg de ciment par mètre cube et contenant 230 litres d’eau. Déduire le dosage en ciment pour que le rendement soit égal à 1. Données : Msp (g/cm3) 3,1 2,5

Ciment Sable

Dapp 1 1,45

Exercice 2 1- Mortier dosé à 325 kg/m3, quel sera son rendement si la quantité de sable utilisé est égale à 2775 kg avec un rapport E/C égal à 0,85. Déduire le dosage en ciment pour que le rendement soit égal à 1,1. 2- On désire fabriquer des parpaings pleins de 20 cm d’épaisseur dosé à 350 kg/m3 avec 20 m3 de mortier. La compacité des parpaings fabriqués est de 90 %. Déterminer le nombre de parpaings et le nombre de paquet de ciment nécessaire pour la confection (1 paquet fabrique 20 parpaings)

Ciment Sable Parpaings

Dabs 3 2,5

Dapp 1,1 1,40 40 x 20 x 20

Exercice 3 Un échantillon de sable de masse 1300g contient 50g d’eau.

1. Déterminer la teneur en eau de ce sable. 2. Sachant que la masse volumique apparente de l’échantillon humide est de 1340kg/m3, calculer le volume qu’il occupe (Exprimer le volume en cm3). Lors de la fabrique de parpaings, 20 brouettes de ce sable (Une brouette = 50 litres) à l’état sec sont utilisées avec un rapport E/C = 0,8. La densité apparente du sable est évaluée à 1,36 ; sa densité absolue est de 2,60 ; la densité apparente du ciment est de 1 et la masse spécifique du ciment est de 3g/cm3.

3. Déterminer le dosage du mortier ainsi fabriqué pour un rendement de 0,9. Quelle est la quantité de parpaings pleins de dimensions (15x20x40) que l’on peut fabriquer si la compacité du parpaing est de 90% ?

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CHAPITRE VII : BETONS HYDRAULIQUES 1. GENERALITES 1.1 Définition Béton : Mélange intime de granulats (gravier + sable) liés entre eux par une pâte de ciment (ciment + eau). Il tire une bonne partie de sa résistance du granulat (du gravier en général). Gravier ⇨ Resistance Sable ⇨ Compacité Béton { Ciment ⇨ Colle Eau ⇨ Hydrater 1.2 Caractéristiques 1.2.1 Avantages Si on le compare à la maçonnerie traditionnelle à la charpente métallique on peut dire que le béton : -

Est mou à la demande ; sa souplesse permet toutes les formes possibles et imaginables grâce à son ouvrabilité (exemples : la basilique, la tour Côte d’Ivoire Télécom de Yamoussoukro, les divers châteaux d’eau, etc.)

-

Ses constituants sont faciles à trouver et généralement bon marché comparativement aux autres matériaux jouant le même rôle dans les constructions ;

-

S’exécute rapidement sans avoir besoins de faire appel à des ouvriers hautement qualifiés ;

-

Est pour le moment les matériaux qui présente le rapport qualité/coût le plus intéressant ;

-

Est durable, incombustible et peut être rendu étanche et anti-radioactif,

-

Résiste bien à la compression.

1.2.2 Inconvénients -

Il est d’aspect peu agréable en général, mais on peut remédier à cela en choisissant convenablement les dosages des constituants ou en traitant les parements ou encore en utilisant des ciments spéciaux ;

-

C’est un matériau fabriqué par l’homme donc sujet à erreurs et à des malfaçons ;

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-

Sa résistance aux efforts de traction, traction par flexion est très faible.

1.3 Intérêt du béton dans les constructions Contrairement à une opinion largement répandue, fabriquer un béton n’est pas une opération banale ; c’est un art. Un béton se distingue d’un autre par ses performances (mécaniques, thermiques de résistance au feu) ; sa masse volumique, sa masse spécifique, sa destination (fondation, ouvrages armés ou précontraints, travaux à la mer), son aptitude à être manipulé, transporté et mis en place où les qualités rhéologiques interviennent pour beaucoup (démoulage immédiat, pompage projection), son aspects (couleur, qualité de surface). Faire un béton, ce n’est pas mélanger dans des proportions plus ou moins constantes du ciment, des granulats et de l’eau. C’est plutôt produire un matériau d’une parfaite homogénéité, d’une constance répondant de façon précise aux exigences du demandeur, tout en étant le plus économique possible. A type d’ouvrage correspond un béton particulier : -

Béton de cailloux pour fondation ;

-

Béton de gravillon, banché ou non pour travaux en élévation et en masse tels que murs porteurs, barrages, bétons à faible perméabilité (réservoir) ;

-

Béton armé et béton à faible précontraint à résistances mécaniques élevées.

2. QUALITE DES BETONS Pour le client un béton est celui qui présente le maximum de compacité et qui : -

Résiste aux efforts dus aux surcharges d’utilisation sans se fissurer ;

-

Est le plus étanche possible à l’eau ;

-

Résiste aux agents agressifs ;

-

Présente le moins de retrait possible.

Pour l’entraineur, un bon béton c’est celui qui est facile à mettre en œuvre, c’est-à-dire ouvrable, maniable. Ceci semble aller à l’encontre des exigences du client. Pour parvenir à la qualité, on va agir sur les facteurs dont dépendent justement ces qualités. 2.1 Cohésion C’est l’aptitude du mélange à conserver son homogénéité ; c’est une qualité importante. Il faut éviter la ségrégation causée par : Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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-

Excès ou manque d’eau,

-

Granularité défectueuse (pauvre en ciment et en sable fin),

-

Dimensions et proportions trop fortes des gros éléments du gravier,

-

Défaut de malaxage,

-

Ségrégation dans les transports, manipulations intempestives (chute du béton sur des hauteurs importantes ou à travers des ferraillages denses).

2.2 Ouvrabilité Elle peut se définir comme la facilité offerte à la mise en place du béton de façon parfaite dans un coffrage. De l’ouvrabilité dépendent la plupart des qualités de l’ouvrage : compacité, adhérence des armatures, parements de belle qualité, étanchéité. C’est donc une qualité aussi importe que la résistance. L’ouvrabilité ou maniabilité peut s’apprécier de diverses manières et l’essai le plus simple est l’affaissement au cône d’Abrams. Il consiste à remplir de béton un moule en tôle tronconique (D = 20 cm, d = 10 cm, h = 30 cm) ; le remplissage se fait en quatre (4) couches avec une tige d’acier de Ø 16 mm de diamètre à raison de 25 coups par couche. On soulève ensuite le moule avec précaution et on mesure l’affaissement du béton. Cône d’Abrams (recherche) Comprenant : ⬧ 1 plaque d’appui en acier ⬧ 1 cône normalisé avec 2 poignées et une patte d’attache ⬧ 1 portique avec réglet en aluminium ⬧ 1 entonnoir

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On apprécie la consistance du béton en fonction de l’affaissement. Affaissement en cm 0–2 3-5 6–9 10 - 13 14 - 17

Consistance de béton Très ferme ferme Plastique molle Très molle

Mise en œuvre Vibration puissante Bonne vibration Vibration courante Piquage Léger piquage

On peut améliorer l’ouvrabilité en augmentant le dosage eau, en utilisant un adjuvant fluidifiant ou un sable de granularité appropriée. Mais si le dosage en eau est trop important il y a risque de ségrégation du béton. 2.3 Résistances 2.3.1 Résistance en compression (recherche)

Essai de compression Elle est mesurée à 28 jours d’âge par compression axiale d’éprouvettes de béton cylindriques normalisée de 200 cm3 de section avec : h = 32 cm, Ø = 16 cm (h = 2 Ø). Ces éprouvettes sont conservées dans l’eau après le démoulage qui a lieu 24 h après la fabrication jusqu’au jour de l’écrasement. On prendra 3 éprouvettes par essai ƒ𝑐𝑚28 =

f1 + f2 + f3 P𝑖 𝑎𝑣𝑒𝑐 ƒ𝑖 = 3 S

P est la charge qui produit la rupture du cylindre : ƒ𝑐𝑚28 = résistance moyenne à la rupture en compression S = section du cylindre 200 cm2 Remarque Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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Il ne faut pas confondre la résistance moyenne ƒ𝑐𝑚28 et la résistance caractéristique ƒ𝑐28 qui est une fraction de la résistance moyenne et qui dépend : -

Du type de chantier ;

-

Des moyens du chantier ;

-

Du type de contrôle.

En côte d’Ivoire on estime que : ƒ𝑐28 = k ∗ ƒ𝑐𝑚28 k = 0,75

pour les chantiers d’ouvrage d’art et de bâtiments de grandes hauteurs (chantier

de catégories 1, auto-contrôle surveillé). k = 0,67

pour les chantiers de bâtiments ou petits ouvrages (contrôle courant, chantier

de catégories 2). k = 0,59

pour les chantiers éloignés des centres de contrôle et disposant d’une main

d’œuvre peu qualifiées (chantier de catégories 3). 2.3.2 Résistance en traction (recherche) 2.3.2.1 Traction par fendage

Essai de traction par fendage L’essai consiste à écraser un cylindre de béton suivant deux génératrices opposées entre les plateaux d’une presse : cet essai est souvent appelé Essai Brésilien. Si P est la charge de compression maximale produisant l’éclatement du cylindre, la résistance en traction par fendage à 28 jours sera : D = diamètre du cylindre L = longueur du cylindre Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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𝑓𝑡𝑚28 =

2P ΠDL

2.3.2.2 Traction par flexion

Essai de traction par flexion L’essai il consiste à rompre en flexion une éprouvette prismatique de côté a et de longueur 4a si p est la charge de rupture, le moment de flexion entre les deux points d’application de la charge est : M =

Pa 2

Le module d’Inertie de section est : I a3 = V 6

V = a/2 La contrainte de traction sur la fibre inférieure est : Mv

6M

I

𝑎3

On lui affecte un coefficient 0,6 ce qui donne : Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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𝑓𝑡𝑚28 =

3,6 𝑀 𝑎3

3. FACTEURS DE QUALITE 3.1 Les granulats A- Un béton est un mélange intime de granulats (sable, graviers et éventuellement cailloux) liés entre eux une pâte de ciment (ciment + eau). Le béton tire du granulat une bonne part de sa résistance et plus particulièrement du gros granulat. Il est donc nécessaire d’employer des granulats non seulement de bonne qualité, mais de dimension maximale, celle-ci devant rester compatible avec une bonne facilité de mise en œuvre. B- Il faut exclure tout granulat altéré ou altérable (calcaires tendres). C- Les grains concassés avec plaquettes et aiguilles sont en général, moins lisses que les gravillons roulés, la compacité est moins bonne, le béton moins ouvrable. Cependant (à condition d’éliminer plaquettes et aiguilles), les granulats concassés conviennent mieux au béton de qualité parce qu’ils offrent davantage de surfaces de contact que les gravillons roulés. D- La présence d’argiles provoque des retraits importants, supprime l’adhérence en matière de béton armé, diminue la résistance du béton à la flexion. Les autres impuretés tels que mica, matières organiques, coquillages affaiblissent la résistance du béton. E- Les poussières ou fines de concassage affaiblissent les résistances, accroissent la perméabilité le retrait et le danger de fissuration. 3.2 Dosage en ciment, en eau et qualité des granulats La résistance en compression du béton peut s’exprimer au moyen de la formule de Bolomey : ƒ𝑐𝑚 = G𝜎′𝑐 (

𝐶 − 0,5) 𝐸

ƒ𝑐𝑚 = résistance moyenne en compression du béton G = coefficient granulaire qui dépend de la qualité du granulat ; En Côte d’Ivoire G granite = 0,52 G quarz = 0,48 , 𝜎𝑐 = classe vraie du ciment Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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C = dosage en ciment en kg/𝑚3 E = dosage en eau en kg/m3 . (ou en 1/𝑚3 ) 𝐶 ≤ 2,4 𝐸 Cette formule montre que la résistance du béton croit en même temps que : 1,6 ≤

⬧ la qualité du granulat, ⬧ la classe vraie du ciment, ⬧ le dosage en ciment. Elle décroît lorsque le dosage en eau augmente. 3.3 Influence de la température et de l’humidité sur la résistance La chaleur accélère la prise et le durcissement du béton. Un béton conservé dans un milieu à température élevée présentera au jeune âge une résistance plus élevée qu’un béton identique conservé à température moins élevée, mais à long terme la tendance sera inversée. Un béton conservé dans un milieu humide présentera à long terme une résistance plus élevée qu’un béton identique conservé dans un milieu sec, la tendance au jeune âge étant inverse. 4. EVOLUTION DE LA RESISTANCE CARACTERISTIQUE EN COMPRESSION DES BETONS IVOIRIENS Les règles BAEL 91 (Béton Armé aux Etats-Limites) proposent, pour estimer la résistance caractéristique du béton en fonction du temps d’appliquer en première approximation les formules suivantes : 𝑓cj =

j ∗ f 4,76 + 0,83j c28

𝑓𝑐𝑗 = 𝑓𝑐28

pour 𝑓c28 ≤ 40 Mpa et j ≤ 28 jours

pour j > 28

5. RELATION ENTRE LES RESISTANCES EN TRACTION ET EN COMPRESSION Les règles BAEL 91 modifiées 99 proposent comme relation pour approximer la valeur de 𝑓𝑡𝑗 . 𝑓𝑡𝑗 = 0,6 + 0,060𝑓𝑐𝑗 Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

si 𝑓𝑐𝑗 ≤ 40 Mpa et j ≤ 28 𝑗𝑜𝑢𝑟𝑠. Email : [email protected] Cel : 07022010

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𝑓𝑡𝑗 = 𝑓𝑡28 𝑠𝑖 𝑗 > 28 𝑗𝑜𝑢𝑟𝑠 6. RETRAIT HYDRAULIQUE Le retrait est le raccourcissement du béton non chargé au cours de son durcissement. Ce phénomène est dû à la perte par évaporation d’une partie de l’eau contenue dans le béton. Les facteurs suivants influencent le processus de retrait hydraulique : -

Le temps,

-

Le dosage en eau,

-

L’hygrométrie relative de l’air ambiant,

-

L’épaisseur de la pièce en béton,

-

La densité de ferraillage,

-

La finesse du ciment,

-

La nature et la granulométrie des granulats.

En plus du retrait d’hydraulique, il existe d’autres types de retrait : -

Le retrait d’hydratation ou de dessiccation interne (retrait Le Chatelier 1898) : le volume absolu des hydrates formés par la combinaison de l’eau et du ciment est plus petit que la somme des volumes de ces deux composants avant la réaction.

-

Le retrait d’évaporation avant prise ou retrait plastique qui est le résultat de l’évaporation plus ou moins facile de l’eau de gâchage qui n’est pas encore liée aux autres constituants. On peut l’éviter en protégeant la surface du béton.

-

Le retrait thermique qui est causé par le dégagement de chaleur consécutif à la réaction d’hydratation des ciments (qui est exothermique) et par les conditions climatiques (rayonnement solaire, variation de température journalière) ; il est la cause d’un bon nombre de fissures dans les constructions.

7. MODULE DE DEFORMATION LONGITUDINALE DU BETON (MODULE D'YOUNG) Le module d’élasticité instantané se définit comme module sécant, calculé après un certain nombre de cycles et chargement en compression (chargement au 1/3 de la contrainte de rupture). Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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En Côte d’Ivoire le module d’élasticité instantané des bétons varie entre 25000 MPa et 30000 MPa à 28 jours. Le BAEL 91 propose la formule suivante : 𝟏

𝑬𝒊𝒋 = 𝟏𝟏𝟎𝟎𝟎 [𝒇𝒄𝒋 ]𝟑

(𝐞𝐧 𝐌𝐩𝐚)

Le module de déformation longitudinale différée du béton 𝐸𝑣𝑗 dû aux contraintes de longue durée d'application est égal à : 𝟏

𝑬𝒗𝒋 = 𝟑𝟕𝟎𝟎 [𝒇𝒄𝒋 ]𝟑

(𝐞𝐧 𝐌𝐩𝐚)

8. FLUAGE C’est un phénomène de déformation différée sous charge fixe indéfiniment appliquée. 9. DOSAGE DES BETONS Les dosages sont rapportés au 𝑚3 de béton mis en place. 150 à 250 : travaux de fondations peu chargées, travaux de masse, béton banché (coulée de murs en coffrages amovibles), agglomérés courants. 300 à 350 : béton armé courants, bétons routiers, 350 à 450 : béton et béton armé résistants, préfabrication lourde, précontrainte, 450 à 600 : béton de revêtement, chapes, cuvelages, galeries souterraines, avec venus d’eau, pièces moulées de grande résistance (conservées dans l’eau les premiers jours). Dosage pratique : 1 sac de ciment, + 1 brouette de sable + 2 de graviers.

10. EXERCICES Exercice n°1 Soit à préparer un béton dosé à 300 kg/m3 avec une bétonnière d'une capacité de 500 litres. Trouver le nombre de sacs de ciment de 50 kg ainsi que la quantité de gravier et de sable pour une gâchée.

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Exercice n°2 Sur un chantier, on doit mettre en œuvre 800 m3 de béton dosé à 350 kg/m3. Quels sont les besoins en sable et en gravier si on estime les pertes au cours de la mise en œuvre à 2 % pour le ciment et 10 % pour les granulats ? Pour 1 m3 de béton, on indique d'utiliser 400 litres de sable et 800 litres de gravier. Exercice n°3 Une entreprise de génie civil en charge de la confection d’un béton lit dans les CCTP les spécifications techniques suivantes : -

Résistance caractéristique moyenne en compression à 28 jours fcm28 = 25MPa.

-

Ciment CPJ-CEM II 42,5 de classe vraie 400 bars.

-

Gravier : granite concassé de coefficient granulaire G=0.52.

1. Déterminer la quantité d’eau nécessaire pour la confection d’un béton dosé à 350Kg de ciment par mètre cube de béton. 2. Quel doit être la quantité de ciment à utiliser si l’on veut mettre en œuvre 200 litres d’eau dans la fabrication d’un mètre cube de béton ? Pour un dosage en eau de 200 litres et en ciment de 350kg/m3, donner la résistance caractéristique moyenne que l’on peut atteindre.

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CHAPITRE VIII : COMPOSITION DE BETON PAR LA METHODE DREUXGORISSE

ETUDE D’UNE COMPOSITION DE BETON/METHODE DREUX-GORISSE ADAPTE E A LA COTE D’IVOIRE

INTRODUCTION L’étude de la composition de béton consiste à chercher les propositions optimales des divers constituants de façon à obtenir les meilleures caractéristiques pour ce béton conforme aux spécifications techniques recherchées. Il existe de nombreuses méthodes de composition (Bolomey, Abrams, Faury, Vallette, Joisel, Dreux-gorisse). La méthode Deux-Gorisse a fait l’objet d’une adaptation aux granulats les plus couramment utilisés pour la fabrication des bétons en Côte d’Ivoire (granite et quartz). Cette adaptation tient compte de la granulométrie peu étalée des sables ivoiriens et de leur pauvreté en éléments fins. I.

OBJECTIFS-DONNEES

On désire connaître la composition d’un béton ayant un affaissement au cône de 6 cm et une résistance en composition à 28 jours de 𝑓𝑐28 = 200 bars (20 Mpa). Le ciment utilisé est du CPJ 425 de classe vraie = 400 bars et de masse spécifique = 3,1 g/cm3 et de densité apparente égale 1,1 Les granulats, dont les courbes granulaires sont données dans les pages suivantes, ont les caractéristiques suivantes : Densité absolue

Densité apparente

Sable

2,65

1,54

Gravier G1

2,64

1,5

Gravier G2

2,60

1,45

Le sable est roulé, le gravier est un granite concassé dont le coefficient granulaire G est évalué à 0,52. Le chantier pour lequel est destiné ce béton dispose de moyens de vibration courants. Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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II.

ETUDE DE LA COMPOSITION

II.1 Tracés des courbes granulométriques des granulats II.2 Détermination des dosages en eau et en ciment II 2.1 Dosage en eau Béton de granite E = 179 −

525 525 + 4A + 7 2M − 69

Avec E : Dosage en eau en 1/m3 A : Affaissement demandé au cône d’Abrams en cm M : Module du tamis correspondant au plus gros granulat D. D est choisi suivant la norme NFP 18.304 comme la dimension du tamis pour le refus est le plus proche de 8 %. Corrections et remarque : • Si on utilise du sable de mer, on réduira de 8 litres le dosage en eau • Si on utilise un sable de concassé de granite, on augmentera de 6 litres le dosage en eau, • Si on utilise un plastifiant, on réduirait de 5 à 10% la quantité d’eau. Dans le cas d’un Béton de quartz : -

La formule de calcul du dosage en eau deviendrait : E = 174 −

-

525 525 + 4A + 7 2M − 69

Dans ce cas, si on utilise du sable de mer : on réduira de 2 litres le dosage en eau obtenu par le calcul

II 2.2 Dosage en ciment On utilise la formule de BOLOMEY 𝑓𝑐𝑚28 C = E (--------------- + 0,5) G𝜎𝑐, II.3 Tracé de la courbe de référence Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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Coordonnées du point de brisure A Si D ≤ 25 mm Ou

X =

D 2

X = M– 3

Si D > 25 mm

X =

38 + M 2

soit X =

Dimension du plus gros granulat : D est tel que le refus sur tamis D est le plus proche de 8% Calcul du module de finesse du sable Mf : Mf = − − − Yr = Y + Yg + YS + YD Y = 49 − √D + 6 Mf −

C 25

Yg = 2 si le plus gros granulat est un concassé (granite) ; sinon Yg = 0, Ys = 5 si le sables, de classe d/D est tel que D ≤ 2 mm et f ≤ 3 % ; sinon Ys = 0 (f = fines : éléments de dimensions inférieures 0,08 ; YD =

(D − 25) si la dimension du plus gros granulat D > 25 mm ; sinon 𝑌𝐷 = 0. 5

Yr = Y + Yg + YS + YD Tracer la courbe de référence en joignant O (X = 0,08 ; Y = 0) au point A (X et Yr calculés) puis A à B (X = D ; Y = 100).

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Exemple de courbe de référence

B S A a a G1

G2

O

Exemple d’étude de composition d’un béton. II.4 Détermination des propositions des différents granulats. On trace les lignes de partage successives des différents granulats en joignant le point à 95 % d’une courbe à celui à 5 % de la courbe suivante. Aux différents points d’intersection de ces lignes avec la courbe de référence OAB on lit les pourcentages (cumulés) de chacun des granulats successifs. On en déduit les propositions en volume absolu des granulats. S% =

G% =

II.5 Détermination des volumes des constituants 1000 litres = 𝑉𝐸 + 𝑉𝐶 + 𝑉𝑆 + 𝑉𝐺 VC =

C C = = msp 3,1

(VS + VG ) = 1000 litres − VC − VE = VS = 𝑉𝐺 =

x x

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% = %

=

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II.6 Détermination des dosages pondéraux Volume absolus Masses spécifique Masses pour 1 (g/cm3) m3

Masses pour 60L

Gravier G Sable Ciment Eau total III. REALISATION D’UNE GACHEE D’ESSAI DE 60 LITRES Peser les composants, y compris l’eau et les verser dans le malaxeur dans l’ordre suivant : gravier, sable, ciment, Mettre le malaxeur en marche pendant quelques secondes pour mélanger les matériaux à sec. Verser l’eau pendant que tourne le malaxeur : le temps malaxage est de l’ordre de 3 mm. IV.

VERIFICATION DE L’OUVRABILITE DU BETON

Après arrêt du malaxeur, sans le vider, on prélève du béton pour faire un essai au cône d’Abrams. Le béton ayant servi à cet essai ne doit pas (en principe) être remis dans le malaxeur. Si le béton est plus ferme que prévu, on pourra rajouter de l’eau dont on prend soin de noter la qualité. Si par contre il est plus plastique que prévu, la seule solution est de recommencer la gâchée en diminuant le dosage en eau ; Dans tous les cas, et quelle que soit l’ouvrabilité mesurée, on pourra conserver le béton pour fabriquer des éprouvettes et étudier la raison de ce défaut. V.

CONFECTION DES EPROUVETTES On réalise des moulages Ø 16 x 32. On repère 3 moules au moins que l’on pèsera à

vide afin de calculer par la suite la densité réelle Δr du béton frais. Les éprouvettes sont remplies conformément à la norme P 13-451, soit en deux couches identiques, chaque étant vibrée avec une aiguille vibrante de 25 mm. Les temps de vibration de chaque couche sont donnés dans un abaque. Pour la première couche,

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l’aiguille ne doit pas toucher le fond du moule, pour la seconde, on ne doit pas faire pénétrer l’aiguille trop profondément dans la première. Les éprouvettes sont ensuite arasées convenablement avec une règle reversée à cet usage, les moules seront nettoyés extérieurement. Les trois moules repérés seront pesés de nouveau, pleins. Le d’essai fourni lors de la manipulation. VI. CONSERVATION ESSAIS MECANIQUES Les éprouvettes seront démoulées, le lendemain de leur confection par les agents du laboratoire, elles seront marquées et datées. ANNEXE SABLE REFUS (%)

G1 PASSANT

REFUS (%)

G2

MODULES

TAMIS

PASSANT

REFUS (%)

47

40

0

0

46

31,5

0

0

0

45

25

0

0

2,76

44

20

0

0

26,43

43

16

0

2,27

65,78

42

12,5

0

31,21

92,55

41

10

0

62,71

99,27

40

8

0

84,34

99,86

39

6,3

0

96,17

99,86

38

5

0

98,48

99,86

37

4

0

99,14

99,86

36

3,15

0,28

99,14

99,86

35

2,5

0,5

99,14

99,86

34

2

5,75

99,14

99,86

33

1,6

9,95

99,14

99,86

32

1,25

13,63

99,14

99,86

31

1

22,92

99,14

99,86

30

0,8

30,36

99,14

99,86

29

0,63

36,68

99,14

99,86

28

0,5

46,51

99,14

99,86

27

0,4

54,07

99,14

99,86

26

0,315

60,5

99,14

99,86

25

0,25

70,38

99,14

99,86

24

0,2

77,99

99,14

99,86

23

0,16

84,07

99,14

99,86

22

0,13

87,7

99,14

99,86

21

0,1

91,33

99,14

99,86

20

0,08

93,75

99,14

99,86

PASSANT

0

Densité App

1,54

Densité App

1,50

Densité App

1,45

Poids Spécifique

2,65

Poids Spécifique

Poids Spécifique

ES

80%

Propreté

2,64 10%

2,60 10%

% FINES

Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

Los Angeles

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Propreté Los Angeles

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TRAVAUX DIRIGES DEUXIEME ANNEE Exercice 1 123456-

Quels facteurs favorisent la ségrégation du béton ? Quel est le rôle du mortier ? Quelle est l’utilité de l’eau de gâchage dans le mortier ? Qu’est-ce que l’ouvrabilité du béton et comment s’apprécie-t-elle ? Quelles sont les facteurs influençant la quantité d’eau dans les mortiers ? Quelle est la différence entre une pâte de ciment et un mortier de ciment, et quel est le rôle de chacun d’eux ? 7- Citer trois facteurs qui favorisent la ségrégation dans le béton. 8- Comment caractérise-t-on le béton à l'état frais et a l’état durci ? 9- Quels sont les paramètres qui influent sur la résistance du béton ? 10- Citer trois facteurs qui influencent le processus de retrait hydraulique. 11- Donner trois avantages et trois inconvénients du béton. Exercice 2 L’entreprise SOROUBAT utilise 550 kg de sable roulé de teneur en eau égale à 10%, est utilisé pour une confection de mortier pour un rendement de 0,9 avec un rapport de la quantité d’eau et du ciment E/C = 0,5. Ce mortier est utilisé pour la fabrique de parpaings pleins d’épaisseur 15 cm. La compacité des parpaings est la même et égale à 0,80. 1- Quel est le dosage du mortier ? 2- Déterminer le nombre de parpaings pleins dont on pourrait en faire ? Données : Densité apparente

Poids spécifique (T/m3)

1,45

2,45

1

3

Sable Ciment CPACEM I 42,5

Parpaings 40 x 20 x 15

Exercice 3 Un fondateur d’école primaire souhaite de faire la clôture de son école de 20 x 20 m². Cette clôture en parpaings creux d’épaisseur 15 cm de deux alvéoles (e=10 ; h=18 ; L=12 en cm) fait 2,5 mètres de haut. Entre deux pans de mur de 5 m de long, il décide de mettre un raidisseur en béton de 15 cm de largeur. L’entrée principale de l’école portail de 5 m d’ouverture se trouve sur le plus long côté de son école et à chaque angle de l’école se trouve aussi un raidisseur. Ses parpaings de compacité 90% et ayant un rendement de 0,85, sont dosés avec CPJ-CEM II 32,5 pour un mètre cube de sable sec où le rapport E/C est égal à 0,8. 1- Déterminer les quantités totales de sable, d’eau et de ciment 2- Déterminer le coût du projet sachant qu’un parpaing coûte 325 f cfa et 1 m3 de béton à 125 000 f cfa. Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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3- Déterminer le nombre de paquet de ciment, le nombre de brouettes (50 litres par brouette) pour réaliser cette clôture. Données : Densité apparente

Poids spécifique (T/m3)

Parpaings

1,45 1

2,45 3

40 x 20 x 15

Sable CPJ-CEM II 32,5

NB : tous les résultats seront donnés à 1/1000. Exercice 4 Une entreprise privée contacte le LBTP afin de procéder à la vérification d’un dosage de béton réalisé sur son chantier de bâtiment courant, la formulation utilisée est la suivante : - Sable roulé =1 brouette de 50 litres, - Gravier quartz = 2 brouettes de 50 litres chacune, - Ciment CPJ 32,5 = 1 paquet de 50 Kg, - Eau = 2 seaux de 10 litres. Le dosage du béton prescrit dans le CCTP du marché est de 350 Kg/m3, avec un affaissement au cône d’Abrams égale à 7 cm et E/C = 0,4. 1- A-t-on respecté le dosage sur ce chantier ? 2- Déterminer la résistance caractéristique de ce béton ainsi fabriqué sur le chantier et commenter ? Données : Densité apparente Poids spécifique (T/m3) Classe vraie (Bars) Sable Gravier quartz Ciment CPJ 32,5

1,65 1,40 1

2,50 2,65 3,1

--------400

Exercice 5 Une entreprise du BTP décide, sur un chantier courant, de suivre les prescriptions techniques pour la confection du béton et du mortier avec un ciment CEM I 32,5 de classe vraie égale à 375 bars : Le béton confectionné est : - 2 paquets de ciment (Dapp = 1,1 et Dabs = 3,10) ; - 4 brouettes de gravier de concassé de granite de classe 15/25 (Dapp = 1,65 et Dabs = 2,45) ; - 1 brouette de gravier de concassé de granite de classe 5/15 (Dapp = 1,62 et Dabs = 2,49) ; - 2 brouettes de sable de lagune de classe 0/2,5 (Dapp = 1,40 et Dabs = 2,36) ; - 5 seaux d’eau de 10 L a- Quel est le dosage du béton et déduire sa densité à l’état frais (1 brouette = 50 litres) ? b- Déterminer la résistance caractéristique de ce béton ainsi fabriqué sur le chantier ? c- Quelles sont les quantités exactes pour une densité du béton frais égal à 2,4 ?

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Exercice 6 Sur un chantier courant, l’entreprise d’exécution décide de suivre les prescriptions techniques pour la confection du béton avec un ciment CEM II 32,5 de classe vraie égale à 375 bars. Elle prend : - 2 paquets de ciment - 5 brouettes de gravier de concassé de granite de classe 5/25 - 1 brouette de sable de lagune de classe 0/2,5 - avec un rapport d’eau de lagune sur le ciment égal à 0,55 - l’affaissement au cône d’Abraham attendu selon les prescriptions est 6 cm. 1- L’entreprise a-t-elle respectée les prescriptions techniques si les références indiquent un dosage attendu de 350 kg/m3 et une résistance caractéristique moyenne à 28 jours d’âge 300 bars. 2- Quel serait le rapport d’eau sur le ciment si l’on veut respecter les prescriptions techniques ?

Sable Ciment Gravier de granite

Dabs 2,36 3,10 2,45

Dapp 1,40 1,10 1,65

AGGLOS 15*20*40

Exercice 7 L’entreprise de l’exercice précédent utilisant le même ciment confectionne un mortier qui sera utilisé pour la fabrique de parpaings pleins de 15 cm d’épaisseur de compacité 85%. Le dosage est le suivant : - 24 brouettes du même sable ; - 06 paquets du même ciment ; - avec un rapport d’eau de lagune sur le ciment égal à 0,82. 1- L’entreprise a-t-elle respectée les prescriptions techniques sur le mortier si les références indiquent que le rendement escompté est 0,9. 2- Quel serait les quantités exactes (volumes réel) si l’on veut respecter les mêmes prescriptions techniques et utiliser pour le mortier un paquet de ciment en conservant le même rapport E/C. 3- Quel serait alors le nombre d’agglos à fabriquer sur ce chantier. Données : Densité apparente (Dapp)

Densité absolue (Dabs)

Parpaings

1,40 1,10

2,36 3,10

40 x 20 x 15

Sable Ciment Exercice 8

Sur un chantier de bâtiment, les quantités de matériaux utilisées pour la confection du béton destiné à la mise en œuvre du plancher sont : Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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- 3 paquets de ciment CEMI 42,5 de classe vraie 475 bars - 5 brouettes de 50 litres de gravier de concassé de granite de classe 5/15 - 2 brouettes de 50 litres de sable de lagune de classe 0/5 - le rapport du dosage en eau sur le ciment égal à 0,55 Le cahier du projet préconise un dosage de 400 kg/m3, un affaissement au cône d’Abrams de 7 cm et une résistance caractéristique minimale à 28 jours d’âge 24 MPa. 3- Déterminer le dosage en ciment de ce béton et déduisez-en le dosage en eau. 4- Déterminer les dosages des différents granulats. 5- Quelle est la densité absolue du béton confectionné ? 6- Déterminer la résistance caractéristique du béton confectionné sur ce chantier. 7- Les prescriptions techniques du cahier sont-elles respectées sur ce chantier ? si non proposez le bon dosage en ciment en admettant que le dosage en eau a permis d’atteindre le cône d’Abrams. Données : Matériaux Sable Ciment Gravier de granite

Densité absolue (Dabs) 2,5 3 2,65

Densité apparente (Dapp) 1,4 1 1,4

NB : tous les résultats seront donnés à 1/1000. Exercice 9 En prélude à la réalisation de la cité universitaire de l’ESBTP, la direction de l’école confie au laboratoire de matériaux la formulation d’un béton aux caractéristiques suivantes : - Affaissement au cône d’Abrams : 6cm - Résistance caractéristique à la compression à 28 jours : 25MPa Le ciment utilisé est du CPA350 de classe vraie 375 bars et de masse spécifique 3,1g/cm3. Le gravier est un granite concassé de coefficient granulaire 0,52. Le sable est roulé et le chantier dispose de moyens de contrôle performants (catégorie 1). Les résultats des essais d’analyse granulométrique sur le sable et le gravier donne les renseignements suivants : Sable 0/4 et gravier 5/25 (le module correspondant au plus gros granulat est alors M=45). 1. Déterminer le dosage en eau de ce béton. 2. Calculer la quantité de ciment pour 1m3 de béton.

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3. Les courbes d’analyse granulométriques, permettent de déterminer les proportions de sable et de gravier (%S=34% et %G=66%). Calculer le volume absolu de chaque granulat. 4. Déduire alors le volume apparent de chaque granulat. 5. Quelles sont les quantités ou volumes pondéraux pour une gâchée d’essai de 60 litres ? Densité apparente Ciment CPA 350 Sable Gravier granite

1 1,45 1,40

Masse spécifique (T/m3) 3,10 2,45 2,60

Classe vraie (Bars) 375 ---------

NB : Tous les résultats seront donnés au 1/100.

Exercice 10 L’analyse granulométrique de deux échantillons de sable S1 et S2 donne les résultats suivants : Tamisât en gramme Tamis Sable S1 (mm) Tamisât Tamisât % partiel cumulé Tamisât cumulé 0,08 86 0,16 90 0,315 180 0,63 240 0,80 60 1,25 112,5 2,50 81,5 5,00 15 10,00 15 Poids 0,88 kg initial

% Refus cumulé

Sable S2 Tamisât Tamisât % partiel cumulé Tamisât cumulé 68 71 208 305 217 312 518 288 113 2,10 kg

% Refus cumulé

1- Recopier et compléter le tableau 2- Tracer la courbe granulométrie de chaque sable 3- Déterminer les caractéristiques de chaque sable (classe granulaire, module de finesse) 4- Peut-on utiliser ces deux sables pour fabriquer un bon béton ? 5- Si non composer le bon sable à béton S à partir de S1 et S2 Enseignant : YAO Bla Alain Marcel

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6- Tracer la courbe granulométrique de S, déterminer ses caractéristiques et commenter les résultats. Données : Module de finesse du mélange Mf= 2,5 %𝐴 =

𝑀𝑓 − 𝑀𝑓2 𝑀𝑓1 − 𝑀𝑓 𝑥 100 ; %𝐵 = 𝑥 100 𝑒𝑡 𝑆 = %𝐴. 𝑆1 + %𝐵. 𝑆2 𝑀𝑓1 − 𝑀𝑓2 𝑀𝑓1 − 𝑀𝑓2

Exercice 11 L’entreprise COLAS désire fabriquer des agglomères de 10 pleins avec un paquet de ciment pour trois (3) brouettes de sables bien arasé. 1- Déterminer la quantité d’eau à mettre en place pour que le rendement soit égal à 1. 2- Déterminer le nombre total d’agglomères fabrique sachant que la porosité des agglomères obtenue est de 15%. 3- Donner le dosage en ciment du mortier ayant servi à la fabrication des agglomères. Données :

Ciment Sable

Densité absolue (Dabs) 3,00 2,65

Densité apparente (Dapp) 1,00 1,50

Agglomère 10x20x40

NB : tous les résultats seront donnés à 1/100

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EXEMPLES Exemple n° Un béton dosé à 300 kg/m3 avec une bétonnière d'une capacité de 500 litres. Trouver le nombre de sacs de ciment de 50 kg ainsi que la quantité de gravier et de sable pour une gâchée. Exemple n°2 Sur un chantier, on doit mettre en œuvre 800 m3 de béton dosé à 350 kg/m3. Quels sont les besoins en sable et en gravier si on estime les pertes au cours de la mise en œuvre à 2 % pour le ciment et 10 % pour les granulats ? Pour 1 m3 de béton, on indique d'utiliser 400 litres de sable et 800 litres de gravier. Réponse 1 : Pour 1 m3 de béton, on indique d'utiliser 400 litres de sable et 800 litres de gravier. La capacité de la brouette est de 50 litres. Solution 1 Ciment 300 kg x 0,5 = 150 kg soit 3 sacs de 50 kg Sable 400 litres x 0,5 = 200 litres Gravier 800 litres x 0,5 = 400 litres Nombre de brouettes de sable⇒ 200/ 50 = 4 Nombre de brouettes de gravier ⇒ 400/ 60 = 8 Réponse 2 : Le volume de sable est : 400 litres x 800 soit 320 m3 Le volume de gravier est : 800 litres x 800 soit 640 m3 La quantité du ciment est, 350 kg x 800 soit 280 tonnes. Compte tenu des pertes indiquées, les quantités à approvisionner sont :  Pour le sable ;1,10 x 320 m3 = 352 m3 ~350 m3  Pour le gravier ;1,10 x 640 m3 = 704 m3 ~700 m3 Pour le ciment 1,02 x 280 tonnes = 285,6 tonnes ~286 tonnes

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