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B.T.S. Btiment Laboratoire Prparation 4 srie 1/8

Quatrime srie dessais : Etude des composants du bton.

Cette quatrime srie est consacre essentiellement ltude des composants

entrants dans la composition dun bton. Dans cette srie nous effectuerons un essai de cisaillement sur un matriau pulvrulent, lexploitation de celui-ci nous conduira la dtermination de la capacit portante dun sol. 1 MASSE VOLUMIQUE DUN CIMENT

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2 ESSAI DE CISAILLEMENT A LA BOITE

2 1 But de l essai Il s'agit de dterminer les caractristiques mcaniques d'un sol en procdant au cisaillement rectiligne d'un chantillon sous charge constante. L'essai de cisaillement permet de tracer la courbe intrinsque du sol tudi, et de dterminer son angle de frottement interne et sa cohsion C. Ces valeurs servent entre autre dterminer la contrainte admissible par le sol dans le cas de fondations superficielles et la pousse du sol sur un mur de soutnement 2 2 Matriel utilis L'chantillon de sol tudier est plac entre deux demi-boites qui peuvent se dplacer horizontalement l'une par rapport l'autre. Un piston permet d'exercer sur le sol une contrainte normale dtermine.

Avant l i

Aprs ilSchma de la boite de cisaillement

T

Anneau dynamomtriqu

Sol

Comparateu

T

La demi-boite infrieure est entrane horizontalement vitesse constante. La force totale de cisaillement F est mesure l'aide d'un anneau dynamomtrique fix la demi-boite suprieure. Un comparateur mesure la dformation verticale de l'chantillon. L'chantillon subit donc un cisaillement direct et rectiligne suivant un plan impos sur lequel on exerce une contrainte normale dtermine. 2 3 Prparation de lessai

2 3.1 Saturation et consolidation de lprouvette A - Sol pulvrulent - sable et gravier L'essai s'effectue sur le sable sec ou satur. Dans ce cas l, raliser des essais drains (CD). B - Sol cohrent - limon et argile






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- Saturation - consolidation : l'chantillon tant mis en place dans la boite de cisaillement, procder sa saturation sous la pression de consolidation choisie. Pour cela, placer la boite sur le bti, les deux demi-boites tant maintenues fixes l'une par rapport l'autre l'aide des goupilles. Mettre les poids ncessaires pour obtenir la pression de consolidation dsire. Mettre de l'eau dans la boite, placer la touche du comparateur sur le piston et noter le tassement produit pendant le temps de consolidation. - Pression de remise en tat pour essai non consolid et non drain ( UU ) : Dans le but de remettre l'chantillon de sol dans un tat de contraintes voisin de celui dans lequel il tait en place, appliquer la mme contrainte effective que celle que supportait l'chantillon en place. - Pression de consolidation appliquer : Pour un essai consolid drain ou non drain ( CD ou CU ), consolider 4 chantillons du sol tudier sous 4 pressions diffrentes (en gnral de l'ordre de 50 - 100 - 200 - 300 kPa) - Temps de consolidation : Il faut laisser l'prouvette sous la charge pendant 24 heures, afin que la pression interstitielle se soit dissipe. Une fois dcharge, l'chantillon doit tre immdiatement soumis au cisaillement.

2 3.2 Mise en place de lchantillon dans la boite

- Les deux demi-boites tant verrouilles, on place successivement : - le fond de boite, - une pierre poreuse, - une plaque strie, les stries tant perpendiculaires au sens de cisaillement (les plaques

perfores permettent les essais drains, les plaques pleines sont utilises pour les essais non drains )

- l'chantillon de sol, une plaque strie identique la premire,

- une pierre poreuse, - le piston.

2 3.3 Mise en place de la boite sur la machine

- Placer l'trier de charge sur le piston de la boite, - Placer le comparateur vertical et le mettre zro, - Monter l'anneau dynamomtrique sur la machine, le relier la boite et compenser les

jeux en mettant l'anneau lgrement en traction et en ramenant lentement le comparateur de l'anneau au zro,

- Appliquer sur l'prouvette la charge dsire, en principe :

o Pour un sol pulvrulent : 100 - 200 - 300 kPa. o Pour un sol cohrent :

essai non consolid, non drain : 50 - 100 - 200 - 300 kPa essai consolid, drain ou non : appliquer les mmes pressions que pour la

consolidation de l'prouvette. - Dsolidariser les deux demi-boites en enlevant les goupilles, - Mettre en route la vitesse dsire.

Application : Dterminer la masse ncessaire appliquer pour obtenir 150 kPa sur lprouvette.


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2 3.4 Vitesse dessai

- Sols pulvrulents : 1,5 mm / min - Sols cohrents :

o essais non drains, consolids ou non ( UU ou CU ): 1,5 mm / min o essai drain ( CD ) : vitesse la plus lente

2 3.5 Lectures

Lire, intervalles rguliers les indications du comparateur de l'anneau, du comparateur de dplacement horizontal et du comparateur vertical. Arrter l'essai lorsque la contrainte de cisaillement est devenue constante ou lorsqu'on a une dformation horizontale de 5mm 2 4 Calculs et rsultats :

2 4.1 Effort de cisaillement Convertir les lectures de lanneau en KN ou N. Voir tableau donnant les correspondances entre la lecture et la valeur de leffort.

2 4 .2 Dtermination de la surface cisaille Pendant l'essai, la surface cisaille diminue proportionnellement au dplacement des demi-boites. La section corrige A' de l'prouvette l'instant t est :

A' = l ( l - l ) avec l : longueur de l'prouvette ( 6 cm ) l = V . t avec V : Vitesse de cisaillement

2 4.3 Contrainte de cisaillement

On dtermine la contrainte de cisaillement : 'AT=

On trace ensuite, pour chaque essai, les courbes de contraintes en fonction des dplacements et on dtermine la valeur de la contrainte de cisaillement maximale. On reporte ensuite chaque point sur un graphique ayant pour abscisse la contrainte normale et pour ordonne la contrainte de cisaillement . Tracer la courbe intrinsque du sol tudi.


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2 4.4 Courbes intrinsques

CAS DES SOLS PULVERULENTS

0

Les points relatifs chaque pression normale sont aligns et la droite qui les joint passe par l'origine. 3 points suffisent en principe avec une approximation convenable.

CAS DES SOLS COHERENTS

0

Essai non consolid - non drain La courbe intrinsque obtenue est une droite parallle l'axe des contraintes normales. Elle est caractrise par son ordonne l'origine Cu.

0

Essai consolid non drain La courbe intrinsque est approximativement une droite incline sur l'axe des contraintes normales. On la caractrise par son ordonne l'origine Ccu et par son angle avec l'axe des abscisses cu

0

Cu

'

c

C

Ccu

Essai consolid drain On obtient galement approximativement une droite incline sur l'axe des contraintes normales. Elle fournit la cohsion effective C' et l'angle de frottement effectif '.


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3 COMPOSITION DUN BETON / METHODE BARON ET OLLIVIER 3 1 Objectifs :

Il sagit de dterminer une composition de bton rpondant des caractristiques prcises de rsistance et douvrabilit partir des principes noncs par Monsieur BARON. 3 2 Prrequis :

Pour la bonne comprhension de cette tude, il est ncessaire davoir les connaissances suivante :

- calculs et mesures des masses volumiques, - calculs de pourcentages.

Les pr requis spcifiques au GENIE CIVIL sont : - analyse granulomtriques, - composition de bton par la mthode DREUX, - confection dprouvette.

3 3 Origine de la mthode :

La mthode est due Monsieur BARON, partir des tudes exprimentales quil a ralises dans les annes 1970-80 et qui ont t optimises par la suite en utilisant les directives de la norme NF P 18-305, remplace par la Norme Europenne EN 206-1. Cette mthode est dveloppe dans un livre co-crit par Messieurs BARON et OLLIVIER Les BETONS, Bases et donnes pour leurs formulations dit chez Eyrolles. Les expriences ont confirm les travaux raliss par BOLOMEY et FAURY dont certaines formules ont t retenues en ce qui concerne les dosages en liant et en eau. Pour les dosages en granulats ce sont, en partie, les travaux de DREUX qui ont t retenus. Lensemble est complt par des rsultats exprimentaux qui rendent la mthode aussi abordable que la mthode DREUX sans avoir les inconvnients de sa limitation aux seuls btons courants. 3 4 Principe :

Le problme du dosage optimal dun bton nest pas unique : il y a en fait deux problmes qui peuvent tre traits indpendamment lun de lautre :

- la dfinition de la pte liante, - la dfinition du squelette granulaire.

a- la pte liante :

On dmarre la formulation partir de 2 hypothses principales qui sont la rsistance cible et la quantit optimale deau efficace. La rsistance cible est obtenue partir de la rsistance de calcul du bton fcj ou fc28 ncessite par louvrage construire. En tenant compte de la classe de rsistance vraie du ciment et de la nature des granulats, on utilise la formule de BOLOMEY pour dfinir le rapport C/E. Leau efficace optimale est dfinie de manire simple et provisoire en fonction de la consistance cible du bton par un tableau cr par BARON en tenant compte dun certain nombre de corrections relatives la dimension D du gravier utilis (dimension du plus petit tamis qui laisse passer la totalit des composants du bton) et la temprature de coulage du bton. A partir de ces valeurs on peut donc dterminer le dosage en ciment. Les corrections sont apports partir dune gche dessai.


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b- le squelette granulaire :

Le squelette granulaire retenu par BARON est trs proche de celui obtenu par DREUX, avec cependant une approche et une dfinition plus simple. Cette mthode a t retenue non pas pour son fondement scientifique, mais parce que ses rsultats ont donn satisfaction au cours des 25 dernires annes. 3 5 Hypothses de travail :

Les hypothses de dpart sont les suivantes : la consistance du bton, son milieu dutilisation et sa rsistance escomptes, la qualit et la nature des granulats, leur granulomtrie et leur masse volumique, la nature et la classe de rsistance du ciment utilis. a- hypothses sur le bton :

- la nature de lutilisation du bton (bton non arm, BA ou BP) - le milieu de lutilisation doit tre prcis parmi les sites rpertoris dans la norme EN 206-1. - la rsistance ncessaire pour louvrage raliser. - la consistance du bton est en fait dtermine par laffaissement requis au cne dAbrams. Les

diffrentes consistances sont rpertories dans larticle 4.2.1 issu en partie de la EN 206-1. - on prcisera de plus si le bton est utilis la pompe ou non.

b- hypothses sur les granulats :

- on doit connatre leur nature physique : sils sont concasss ou bien rouls. - on doit connatre leurs caractristiques physiques : courbe granulaire, masse vol. absolue. - on compltera ventuellement cette connaissance par le coefficient dabsorption et le coefficient

de propret superficielle (indispensable pour la formulation avance : B.H.P.). c- hypothses sur le ciment :

- on doit connatre le type de ciment utilis. - il est ncessaire de connatre la classe de rsistance vraie du ciment, note fmj. - on peut ventuellement prciser le dosage minimum prvu au CCTP, sil est connu.

d- abaques et tableaux :

Il est enfin indispensable davoir disposition les tableaux reproduits en annexe afin de pouvoir les consulter en suivant le mode opratoire. (voir fiche guide : Mthode de composition de bton) 3 6 Mode opratoire (formulation de base) :

Nous allons nous contenter dtudier la formulation de base. La formulation avance permettant de calculer des BHP et THP.

a- la pte liante :

1. Dterminer la rsistance cible fc . 2. Dterminer la quantit optimale deau efficace E, en appliquant si ncessaire les corrections.

3. Dterminer la quantit optimale dair occlus Va, en appliquant si ncessaire les corrections.

4. Dterminer le coefficient granulaire de BOLOMEY : Kb Dterminer le coefficient Kv : kv = E / (E+Va)

5. Calculer le rapport C/E par la formule de BOLOMEY.

6. Dterminer le dosage en ciment : C1. Cette valeur est compare au dosage C2 prvu au CCTP (sil existe) et au dosage minimum C3 impose par la norme EN 206-1.


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La valeur retenue C est la valeur maximale :

C = max [C1 ; C2 ; C3]

b- le squelette granulaire :

7. A partir des courbes granulomtriques, dterminer la courbe optimale dfinie par trois points :

point O origine de la courbe : Do = 0,063 mm To = 0%

point B extrmit de la courbe : DB = D TB BB = 100%

point de brisure A : DA = D/2 TA = 50 D + K

o K prend lune de ces valeurs : 0% btons non arms et granulats rouls 3% si les granulats sont concasss 5% pour de btons arms o le ferraillage < 80kg/m3. 10% btons pompables ou BA avec ferraillage >80kg/m3.

8. Dterminer les pourcentages de sable et de gravier de la manire suivantes : soit un sable d1/d2 et un gravier d3/d4, on dfinit graphiquement la droite de partage

des deux matriaux en reliant : le point Ts = 95% de la courbe du sable d1/d2 au point TG = 5% de la courbe du gravier d3/d4

On lit lordonne du point dintersection de la droite de partage et de la courbe optimale sur laxe des tamisats. On obtient :

- dans la partie infrieure, le pourcentage de sable d1/d2 : S% - dans la partie suprieure, le pourcentage de gravier d3/d4 : G%

c- composition du bton :

9. Calculer le volume absolu de la pte liante : Vc + VE + Va

10. Calculer le volume absolu des granulats secs : Vgranulats = 1000 (Vc + VE + Va)

11. Calculer le volume absolu de chaque granulat : Vabsolu sable = Vgranulats S% Vabsolu gravier = Vgranulats G%

12. En dduire la masse de chaque granulat : M sable = Mvol. absolu sable Vabsolu sable M gravier = Mvol. absolu gravier Vabsolu gravier

13. Rcapituler lensemble dans un tableau et calculer la masse dun m3 de bton en place.

3 7 Rsultats :

Comme pour toutes les autres compositions, le rsultat obtenu doit tre vrifi par une gche dessai afin damliorer le dosage en eau et de contrler la masse volumique du bton.

3 8 Exemple dapplication :


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Quatrime sriedessais: Etude des composants du bton. A - Sol pulvrulent - sable et gravierB - Sol cohrent - limon et argileCAS DES SOLS COHERENTSC = max [C1; C2; C3]

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