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S.T.S Btiment LABORATOIRE CESSA - TP N5

Foisonnement dun sable

Problmatiques: - Etude du foisonnement dun sable pour bton selon la teneur en eau.

- Recherche de la compacit optimale dun mlange de sable et gravier pour

bton.

I- Foisonnement des sables

PrincipeA l'interface de deux particules sphriques, l'humidit se prsente sous la forme d'un film d'eau

(mnisque). Pour une humidit peu importante, le pont deau (mnisque) cre des forces d'attraction

entre les particules mouilles. Lorsque la quantit d'eau augmente, la taille du pont augmente : on a

l'impression que le sable gonfle: ce phnomne est appel foisonnement.

La force d'attraction va progressivement tre remplace par une force de rpulsion, au fur et mesure

que la teneur en eau crot: les liaisons se dtruisent, le sable se tasse, le foisonnement cesse.

Remarque: le foisonnement n'apparat pas nettement lors de l'ajout d'eau au sable: c'est au malaxage

mcanique que le phnomne se produit.

Le foisonnement est donc la variation de volume apparent en fonction de la teneur en eau.

On dfinit le coefficient de foisonnement gal au rapport:V0

V

avec: V = volume apparent du sable humide

V0 = volume apparent du sable sec

Le foisonnement peut galement tre dfini par la courbe donnant la variation de la masse volumique

apparente du sable () en fonction de sa teneur en eau: = f(w).

Le FOISONNEMENT : Cest la variation de volume dun:

-sollors dun dcompactage.-sablelors de lajout deauET dun malaxage.Application:

5 % d'eau etmalaxage

V1 V2

V1 = 0,5 litre - V2 = 0,620 litre coef de foison. : f =V

V21

= 1,24

F

Mnisque (pont deau)

reliant les particules de

sable

F

Grain de sable

Sable foisonnSABLE SEC

Intrt en Gnie CivilL'humidit trs variable des sables perturbe d'une part leur dosage volumtrique et d'autre part la

quantit d'eau contenue dans le bton frais. En effet, le sable approvisionn sur un chantier n'est jamais

sec et sa teneur en eau correspond souvent une valeur faible: un dosage volumtrique entrane donc

une carence de matire solide et un excs d'eau prjudiciables la fabrication du bton.

La notion de foisonnement est galement importante pour le transport des granulats et sols, les

capacits relles de chargement des engins de terrassement dfinies par leur masse utile ou volumeutile varient donc en fonction de la teneur en eau.

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Etude du rapport G / S dun mlange de sable et de

gravier

II-Compacit C des granulats (NF P 18-554 et NF P 18-555)

PrincipeDes matriaux tels que l'acier, le verre sont dits "compacts" parce que les lments qui les composent

sont trs rapprochs et ne laissent qu'une place infime aux vides. Les matriaux forms de nombreux

lments dissocis tels que les granulats sont loin d'tre aussi compacts que les mtaux car ils

comportent de nombreux vides inter-granulaires.

La compacit C est le rapport entre le volume des matires solides et le volume total (volume desmatires solides + le volume des vides) :

C = Vs / V

La compacit C peut donc tre dtermine par le rapport entre la masse volumique apparente sche d

du matriau et sa masse spcifique s.

Intrt en Gnie CivilDes caractristiques intrinsques des matriaux telles que la rsistance la compression, le moduled'lasticit et la rsistance aux agressions extrieures sont fonctions de la compacit C du matriau.

Le mlange granulaire [sable(s) + gravier(s)] effectu lors de la composition de btons hydrauliques ou

hydrocarbons doit donc tre compact pour assurer une bonne rsistance mcanique ainsi qu'une bonne

rsistance aux agressions extrieures physico-chimiques.

La compacit des granulats est lie de nombreux paramtres, dont:

- la granularit (proportion des diffrentes grosseurs de grains)- l'angularit (grains rouls, concasss, artificiels)- la forme (cubique, plate, aiguille)- la teneur en eau- la mise en uvre (compactage, vibrations)

Remarque: De nombreuses tudes ralises sur la composition granulomtrique des btons ont montr

que pour un G/S lev (>2), on obtient une meilleure rsistance en compression au dtriment de

l'ouvrabilit.

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Travail demand

I / MANIPULATIONS

1.1- Rechercher les masses volumiques apparentes et absolues du sable et du gravier tudis (annexeN3 et N4).

1.2- Etudier le foisonnement du sable livr. Reporter vos rsultats sur le document rponse N1(annexe N1).

1.3- Dterminer la proportion de sable (S%) et de gravier (G%) pour obtenir le mlange granulaire leplus compact. Effectuer les diffrents mlanges et complter le tableau ci-dessous (Annexe N2).

S% 10 30 50 70 90

G% 90 70 50 30 10

d

s

2 / TRAVAIL EN SALLE

2.1- Foisonnement dun sable :2.1.1- Editer vos rsultats sous LABOWIN foisonnement du sable ou tracer la courbe.2.1.2- Expliquer les sens de variations de la courbe2.1.3- Calculer la valeur maximale du coefficient de foisonnement du sable

2.1.4- A laide des diffrentes donnes caractrisant le sable, corriger la composition de btondonne ci dessous.Rpondre sur le document rponse N2.

Composition dun M3de bton B25

DsignationQuantit par M

3de

bton

Teneur en eau

%)Masse volumique

apparente sche

(kg / dm3)

Ciment (kg) 400 / /

Sable (dm3) 500 4 1,54

Gravier (dm3) 800 0,5 1,45

Eau (dm3) 200 / /

2.1.5- Conclusions.2.2- Etude du rapport G/S dun mlange de sable et de gravier :

2.2.1- Dterminer la compacit, la porosit et lindice des vides du sable puis du gravier.2.2.2- Conclusion.


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Annexe N1

Foisonnement dun sable

Matriel ncessaire

- un rcipient cubique ou cylindrique de volume 1 l

- une rgle araser mtallique

- une main cope pour le remplissage

- une balance de porte 5 kg, prcision 1g

- une pissette

- un entonnoir

- des bacs en plastique pour effectuer les essais

- une petite spatule

Matriaux utiliss- un chantillon de 2000 g de sable sec

Utiliser des chantillons pralablement schs l'tuve.

Mode opratoire

1- prparer dans une bassine la masse initiale de sable M1 = 2000 g pour w = 0 %2- remplir sans tasser un rcipient de 1 l en se servant des mains comme entonnoir et araser

l'aide de la rgle

3- Peser le tout et noter m0la masse de sable contenue dans le rcipient4- dterminer la masse volumique apparente du sable sec

V

md

00 ==

5- reverser le sable contenu dans le rcipient de 1 l dans la bassine6- ajouter 1% d'eau, soit 20 g d'eau, aux 2000 g de sable sec.7- mlanger l'ensemble avec la spatule8- remplir sans tasser le rcipient de 1 l en se servant des mains comme entonnoir et araser l'aide

de la rgle

9- Peser le tout et noter m1la masse de sable contenue dans le rcipient10-dterminer la masse volumique du sable

V

m11 = pour w = 1%

11-recommencer nouveau partir de ltape 6 en faisant varier la teneur en eau de 1% entre 0 et10%, et de 2% entre 10 et 20%

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Annexe N2

Etude du rapport G / S dun mlange de sable et de gravier

Matriel ncessaire

- des prouvettes gradues en plastique

- un pycnomtre

- une tige agitateur

- une main cope pour le remplissage

- une balance de porte 5 kg, prcision 1 g

- des bassines en plastique pour effectuer les essais

Matriaux utiliss- un chantillon de 15 kg de gravillons secs

- un chantillon de 10 kg de sable sec

Utiliser des granulats chantillonns et schs pralablement l'tuve.

Mode opratoire

- dterminer le volume du rcipient = V- noter la masse du rcipient propre et vide = M0-

placer le rcipient dans la bassine

- verser les granulats secs, par couches successives et sans tassement : utiliser les mainscomme entonnoir naturel

- araser l'aide de la rgle mtallique, laquelle on imprime un mouvement horizontal de vaet vient, le rcipient tant attaqu le long d'une diagonale horizontale

- noter la masse du rcipient rempli = M1- vider le granulat dans un bac en plastique et jeter son contenu dans la benne extrieure

Compacit = C =Volume des matires solides

Volume des matires solides + Volume des vides=

d

s

Porosit en % = n = 100 xVolume des vides

Volume des matires solides + Volume des vides= 100 x

s - d

s

Indice des vides en % = e = 100 xsolidesmatiresdesVolume

videsdesVolume = 100 xd

ds

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ANNEXE N3

Masse volumique apparente sche d des granulats

(P 18-554 et P 18-555)

Mode opratoire

- dterminer le volume du rcipient = V- noter la masse du rcipient propre et vide = M0- placer le rcipient dans le bac en plastique- verser les granulats secs, par couches successives et sans tassement : utiliser les mains

comme entonnoir naturel

- araser l'aide de la rgle mtallique, laquelle on imprime un mouvement horizontal deva et vient, le rcipient tant attaqu le long d'une diagonale horizontale

- noter la masse du rcipient rempli = M1- vider le granulat dans un bac en plastique et jeter son contenu dans la benne extrieure- renouveler l'opration 2 fois

RsultatsLa masse volumique apparente sche = d est donne par:

d=Masse des granulats secs

Volume du rcipient=

M1 M0

V

Ordre de grandeur: Pour les granulats de la Runion, la masse volumique apparente sche d estgnralement comprise entre 1,4 et 1,8 g/cm3.

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ANNEXE N4

Masse spcifique s ou Masse volumique absolue des granulats

(P 18-554 et P 18-555)

Mode opratoire

Utilisation d'une prouvette

- placer l'prouvette dans le bac en plastique

- verser de l'eau dans l'prouvette (demi hauteur) et noter V1

- prparer un chantillon de granulats secs de masse M1( environ 300 g)

- verser l'chantillon dans l'prouvette l'aide de lentonnoir et provoquer le dpart des vides (= air)

en remuant le mlange avec la tige agitateur

- noter le nouveau volume d'eau dans l'prouvette V2

- vider le granulat dans un bac en plastique et jeter son contenu dans la benne extrieure

- renouveler l'opration2 fois

Utilisation d'un pycnomtre

- verser de l'eau dans le pycnomtre jusqu'au trait repre et dterminer M1 (pycnomtre essuy)

- vider une partie du pycnomtre et dterminer m2

- prparer un chantillon de granulats secs ( 50 g environ)

- verser l'chantillon dans le pycnomtre l'aide de la main cope et provoquer le dpart des vides (=

air) en remuant le mlange avec la tige agitateur. Noter la nouvelle masse m'2

- complter le niveau d'eau dans le pycnomtre jusqu'au trait repre. Noter la nouvelle masse M3

- vider le granulat dans un bac en plastique et jeter son contenu dans la benne extrieure

- renouveler l'opration2 fois

RsultatsUtilisation d'une prouvette :

La masse spcifique = s ou masse volumique absolue est donne par:

s =M1

V2 V1 s en g/cm3ou kg/dm3ou t/m3

Utilisation d'un pycnomtre :

On pose: M2 = m2 - m2 = masse de granulats secs introduits dans le pycnomtre

M = M1 + M2 - M3 = masse de l'eau "supprime" par l'introduction du granulat

La masse volumique de l'eau tant sensiblement gale 1g/cm3 temprature ambiante, on a VM.

s =M2

V s en g/cm3ou kg/dm3ou t/m3

Ordre de grandeur: Pour les granulats de la Runion, la masse volumique absolue sest gnralement

comprise entre 2,6 et 2,9 g/cm3.

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Document rponse N1

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Document rponse N2

Correction du dosage :

1/ Masse sche des granulats pour la composition du bton B25 :

- Sable =..kg

- Gravier : =..kg

2/ Masse humide des granulats en tenant compte de la teneur en eau naturelle :

Sable : Gravier : .

.

.

=..kg =..kg

3/ Volume corrig des granulats en tenant compte du phnomne de foisonnement (Vsc et Vgc):

Sable :

Gravier :

Vsc = .....dm3 Vgc = .dm3

4/ Volume deau corrig (Vec) :

Vec = .. . . = ..dm3

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