UNIVERSITE D’ANTANANARIVObiblio.univ-antananarivo.mg/pdfs/ramarosandratana... · -Promotion 2012- UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE DEPARTEMENT MINES Polytechnique,

-Promotion 2012-

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

DEPARTEMENT MINES Polytechnique,

Premier Partenaire, des professionnels

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES EN VUE DE L’OBTENTION

DU DIPLOME D’INGENIEUR DES MINES

Présenté par : RAMAROSANDRATANA Edmond

Date de soutenance : 17 janvier 2014

-Promotion 2012-

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

DEPARTEMENT MINES Polytechnique,

Premier Partenaire, des professionnels

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES EN VUE DE L’OBTENTION

DU DIPLOME D’INGENIEUR DES MINES

Présenté par : RAMAROSANDRATANA Edmond

Membres du jury :

Président : Monsieur RANAIVOSON Léon Félix Enseignant à l’ESPA

Rapporteur : Monsieur RAVALINIAINA Jean Désiré Enseignant à l’ESPA

Examinateurs : -Monsieur RAKOTONINDRAINY Enseignant à l’ESPA

-Monsieur RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier Enseignant à l’ESPA

Date de soutenance : 17 janvier 2014

I

Mines ESPA -Promotion 2012-

Remerciements

Gloire soit à Dieu tout puissant qui m’a donné la santé, sa miséricorde et

ses bénédictions pendant toutes mes années d’études ici à Vontovorona et

pendant la réalisation de ce mémoire.

Il m’est très agréable de pouvoir présenter ici mes sincères remerciements à :

o Monsieur ANDRIANARY Philippe, Directeur de l’Ecole Supérieure

Polytechnique d’Antananarivo

o Monsieur RANAIVOSON Léon Félix, Chef de Département Mines, qui

nous a fait l’honneur de présider ce mémoire.

o Monsieur RAVALINIAINA Jean Désiré, Enseignant à l’ESPA, de

m’avoir encadré et guidé tout au long de ce mémoire.

o Monsieur RAKOTONINDRAINY, Enseignant à l’ESPA, qui, malgré ses

différentes occupations a accepté d’être parmi les examinateurs. Vos

contributions me seront indispensables.

o Monsieur RAZAFINDRAKOTO Boni Gauthier, Enseignant à l’ESPA,

qui, sans compter le temps a accepté d’être parmi les examinateurs. Vos

partages me seront très précieux.

Je suis très reconnaissant envers tous les Enseignants de l’Ecole Supérieure

Polytechnique d’Antananarivo et plus particulièrement ceux du Département

Mines qui m’ont partagé ses connaissances durant notre formation à l’ESPA.

Mes plus profondes gratitudes s’adressent au :

o Laboratoire du Génie Chimique de Vontovorona qui m’a accueilli durant

mes travaux de laboratoire.

o LNTPB qui m’a accueilli en tant stagiaire dans leurs endroits de

réalisation et d’essai en particulier dans la section matériaux.

Mes vifs remerciements vont également à ma mère, mes frères, mes sœurs,

mon amie et toute ma famille qui m’ont soutenu moralement et financièrement

pendant tous mes parcours d’études jusqu’à ce jour de soutenance.

Ainsi que mes amis et mes collègues. Sans eux, je n’ai pas pu mener à bien

et terminer à temps ce travail. Merci de vos généreux soutiens.

Enfin, je remercie à toutes et à tous qui ont contribué directement ou

indirectement à la réalisation de cet ouvrage.

Encore Merci!

II


SOMMAIRE

Remerciements

Liste des figures

Liste des tableaux

Liste des annexes

Liste des abréviations

Liste des unités

INTRODUCTION GENERALE

PREMIERE PARTIE : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES

Chapitre1 : Généralités sur les bétons

Chapitre2 : Le béton de sable

Chapitre3 : Formulation de BARON-OLLIVIER

DEUXIEME PARTIE : ETUDE EXPERIMENTALE

Chapitre1 : Destination de l’ouvrage et matières premières

Chapitre2 : Caractérisation des matières premières

Chapitre3 : Essai de fabrication

Chapitre4 : Interprétation des résultats

CONCLUSION GENERALE

Bibliographies

Webographies

Annexes

III


Liste des figures

Figure 1 : Différentes réactions pendant la fabrication de ciments

Figure 2 : Procédures de formulation de béton

Figure 3: Les différents essais sur les résistances d’un béton par fendage

Figure 4: Appareillage permettant de mesurer l’équivalent de sable

Figure 5 : Exécution de l’essai au cône d’Abrams

Figure 6: Courbe granulométrique de Sr

Figure 7 : Courbe granulométrique de Sc

Figure 8: Courbe granulométrique

Figure 9 : Courbe de la résistance à la compression en fonction de l’âge du béton pour la 1ère

série d’essai

Figure 10 : Courbe de la résistance à la compression en fonction de l’âge du béton pour la 2ème

série d’essai

Figure 11: Courbe de la résistance à la compression en fonction de l’âge du béton pour la 3ème

série d’essai

Figure 12: Courbe de la résistance à la compression en fonction de l’âge du béton pour la 4ème

série d’essai

Figure 13 : Courbe de la résistance à la compression en fonction de l’âge du béton pour la 5ème

série d’essai

Figure 14 : Courbe de comparaison des Rc issues de Sr et de Sc en fonction de l’âge du béton

Figure 15: Courbe de comparaison des Rc issues de Sr et de Srf en fonction de l’âge du béton

Figure 16 : Courbe de comparaison des Rc issues de Sc et de Scf en fonction de l’âge du béton

Figure 17 : Courbe de comparaison des Rc issues de Srf et de Srfadj en fonction de l’âge du

béton

Figure 18 : Courbe de comparaison des Rc issues de Scf et de Scfadj en fonction de l’âge du

béton

Figure 19 : Courbe comparative des Rc issues de Sr et de SrSc en fonction de l’âge du béton

Figure 20 : Courbe de comparaison des Rc issues de Sr et de SrG en fonction de l’âge du béton

Figure 21 : Courbe de comparaison des Rc issues de Sc et de ScG en fonction de l’âge du béton

IV


Liste des tableaux

Tableau 1 : Principaux constituants du clinker

Tableau 2: Teneur moyenne en chaque constituant

Tableau 3: Les cinq types de ciment de la norme européenne.

Tableau 4 : Différents types de ciment selon la norme NF EN 197-1

Tableau 5 : Exigences sur les caractéristiques physiques et chimiques du ciment selon la norme

NF P 15 301

Tableau 6 : Valeur de A / (A+C) de la norme XP P 18-305

Tableau 7 : Impuretés admissibles dans l'eau de gâchage

Tableau 8: Les types de béton selon leur masse volumique

Tableau 9: Valeur de k3 en fonction de la nature du ciment et de l’âge du béton

Tableau 10: Caractéristiques de l’eau exigées selon la norme NFP 18 303

Tableau11: Dosage en eau et volume d’air en fonction de l’affaissement et de la consistance

désirés

Tableau 12: Valeur du coefficient multiplicateur en fonction du diamètre maximal des granulats

Tableau 13: Valeur du Kb en fonction de la nature des granulats

Tableau 14: Valeur de Fce pour chaque classe de résistance

Tableau 15: Caractéristiques de la courbe de référence

Tableau 16 : Propreté du sable mesurée à l’aide de l’ES et ses impacts sur le béton

Tableau 17 : Valeurs estimées de Kb en fonction de la nature des granulats

V


Tableau 18 : Dosage en eau et volume d’air occlus suivant la consistance

Tableau 19 : Coefficient multiplicateur en fonction du diamètre maximal des granulats

Tableau 20 : Caractéristiques de la courbe de référence de Baron

Tableau 21 : Analyse granulométrique du sable de rivière

Tableau 22 : Analyse granulométrique du sable de carrière

Tableau 23 : Analyse granulométrique du gravillon

Tableau 24 : Caractéristiques de l’eau de la JIRAMA

Tableau 25 : Caractéristiques des fines d’ajout

Tableau 26 : Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le Sr

Tableau 27 : Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le Sc

Tableau 28 : Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le Srf

Tableau 29 : Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le Scf

Tableau 30: Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le Srfadj

Tableau 31 : Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le Scfadj

Tableau 32 : Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le SrSc

Tableau 33: Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le SrG

Tableau 34 : Caractéristiques de la courbe de référence pour le SrG

Tableau 35: Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le ScG

Tableau 36 : Caractéristiques de la courbe de référence pour le ScG

Tableau 37: Caractéristiques du béton obtenu pour la première série d’essai

Tableau 38 : Ajustement à un m3des dosage après correction pour le Sr

VI


Tableau 39 : Caractéristiques du béton pour le Sr et le Sc à l’état durci

Tableau 40 : Caractéristiques du béton obtenu à l’état frais pour la 2ème

série d’essai

Tableau 41 : Ajustement à un m3des dosage après correction pour le Scf

Tableau 42 : Caractéristiques du béton obtenu à l’état durci pour la 2ème

série d’essai


série d’essai


série d’essai


série d’essai


série d’essai


série d’essai

Tableau 48 : Ajustement à un m3des dosage après correction pour la 5

ème série d’essai


série d’essai

Tableau 50 : Comparaison de la résistance obtenue par le Sr et le Sc

Tableau 51 : Comparaison de la résistance obtenue par l’essai sans fines et celui avec

Tableau 52 : Comparaison de la résistance obtenue par le Srf / Srfadj et Scf / Scfadj

Tableau 53 : Comparaison de la résistance obtenue par le Sr et le SrSc

Tableau 54 : Comparaison de la résistance obtenue par la 1ère

et la 5ème

série d’essai

Tableau 55 : Comparaison des résistances a la compression du béton traditionnel et celles du

béton de sable avec une consistance plastique

Tableau 56 : Comparaison des résistances a la compression du béton traditionnel et celle du

béton de sable avec une consistance ferme

Tableau 57 : Les valeurs limites de la résistance à la compression sur 17 essais

VII


Tableau 58 : Autres critères permettant de comparer le béton de sable avec le béton traditionnel

Liste des annexes

Annexe A : Classification environnementale selon le fascicule P 18-011

Annexe B : Détail des calculs pour la détermination des densités apparentes, des poids

spécifiques et analyse granulométrique des granulats.

Annexe C : caractéristiques de la fine de Dolomie utilisée

Annexe D : Estimation de coûts d’un m3 de béton de sable pour chaque série d’essai

VIII


Liste des abréviations

A : Affaissement

adj : Dosage en masse de l’adjuvant

AFNOR : Association Française des Normalisations

BA : Béton Armé

BFUHP : Bétons Fibrés à Ultra Hautes Performances

BHP : Béton à Haute Performance

BRF : Bétons Renforcés des Fibres

C : Dosage en masse du ciment

CHF : Ciment de Haut Fourneau

CLC : Ciments aux cendres volantes

CLK : Ciment de Laitier au Clinker

CNP : Ciment Prompt Naturel

CPA : Ciment Portland Artificiel

CPJ : Ciment Portland Jumelé

CPZ : Ciment Portland à pouzzolane

D : Diamètre maximal des granulats

d : Diamètre minimal des granulats

E : Dosage en eau

Ei : Module d’élasticité

ES : Equivalent de Sable

ESPA : Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo

ESV : Equivalent de Sable à Vue

IX


Ev : Module vrai

F : Dosage en masse des fines

Fce : Classe vraie d’un ciment

ftj : Résistance en Traction par Fendage

G : Dosage en masse des gravillons

JIRAMA : Jiro sy Rano Malagasy

LNTPB : Laboratoire National des Travaux Publics et du Bâtiment

MF : Module de Finesse

mod : Module

MVR : Masse Volumique Réelle

NF : Norme Française

pH : Pouvoir en Hydrogène

Rc : Résistance à la Compression

Rcj : Résistance à la Compression à j jours d’âge

Rb : Résistance cible

Rbk : Résistance visée

Sc : Sable de carrière

Scf : Sable de carrière avec fines

Scfadj : Sable de carrière avec fines et adjuvants

ScG : Sable de carrière avec gravillon

Sr : Sable de rivière

Srf : Sable de rivière avec fines

Srfadj : Sable de rivière avec fines et adjuvants

SrG : Sable de rivière avec gravillon

SrSc : Sable de rivière combiné avec le Sable de carrière

X


UT : à Usage Tropical

Va : Volume d’air occlus

Vc : Dosage en volume du ciment

VF : Dosage en volume des fines

VG : Dosage en volume du gravillon

Vs : Dosage en volume du sable

∆ : Densité réelle du béton

∆ : Densité théorique du béton

Liste des unités

°C : Degré Celsius

cm : Centimètre

g : Gramme

h : Heure

j : Jour

kg: Kilogramme

KN: Kilo Newton

L : Litre

m3

: Mètre cube

mm : Millimètre

MPa : Méga Pascal

T : Tonne

% : Pourcent

Mines ESPA -Promotion 2012- 1

INTRODUCTION GENERALE

Le béton occupe une place importante dans la vie humaine. Actuellement, il devient un

matériau indispensable dans toutes les constructions tels que les bâtiments, les ponts, les

barrages,… grâce à ses performances et son coût abordable par rapport aux autres matériaux

de constructions et il est le deuxième matériau minéral le plus utilisé par l’homme après l’eau

potable.

Les gravillons constituent l’élément essentiel du béton. Mais certaines régions n’en

disposent pas. D’où l’invention du béton de sable car le sable se trouve en abondance surtout

dans les zones côtières et qui entraîne une moindre dépense que les gravillons tant pour

l’extraction que pour les manutentions.

Du point de vue technique, les caractéristiques du béton changent en modifiant les

éléments qui le constituent à savoir le ciment, les granulats, l’eau et les autres éléments

additifs et ses dosages. Et sur ce, plusieurs méthodes de formulations apparaissent et se

rapprochent de l’expérimentation et qui ont pour but d’apporter une meilleure caractéristique

au béton.

Voyons les intérêts qu’apporte le béton de sable et les précisions issues de la

formulation de Baron-Ollivier, ce mémoire porte donc sur le thème «Contribution à l’étude

du béton de sable-Formulation de Baron-Ollivier »et qui a pour objectif de renforcer l’étude

du béton de sable en utilisant la formulation de Baron-Ollivier et la valorisation des sables.

Pour cela, ce travail sera divisé en deux parties dont la première partie sera consacrée à

l’étude bibliographique et la deuxième partie concernera l’étude expérimentale.


PREMIERE PARTIE

ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES


CHAPITRE 1: GENERALITES SUR LES BETONS

I/ Définition du béton [9]

Par béton, on entend tout aggloméré obtenu à partir d’un mélange de granulats, de

nature et de dimensions quelconques, et d’un liant durcissant avec l’eau par cristallisation

physico-chimique et éventuellement d’adjuvant. Les granulats constituent l’ossature du

matériau ; l’eau et le liant se combinent pour constituer une sorte de colle qui réunit entre eux

les granulats. Selon la nature des granulats utilisés on distingue : le béton cyclopéen (avec les

moellons), le béton de cailloux (gros béton), le béton de gravillons (petit béton) et le béton de

sable, mortier avec les sables fins ou gros suivant l’emploi.

On dit que le béton est plein lorsque le mortier remplit exactement les vides entre les

éléments gros, mais il est dit creux ou maigre si le mortier est insuffisant pour remplir les

vides.

Un béton binaire est un béton fabriqué avec deux composants inertes, tels que sable et

gravier par exemple, et ternaire s’il est composé de trois granulats comme sable, gravier et

gravillons.

II/ Historique [9]

Le béton avait pris ses pas après le mortier. Il est à noter que le mortier serait très

ancien, citant les colonnes d’Egypte, en pierre artificielle qui date de 3600ans avant notre ère.

Les plus anciens mortiers reconnus sont ceux des maçonneries de remplissage, des pyramides

et ceux des citernes et de tombeaux étrusques.

Ce sont les romains qui développèrent l’art des mortiers de chaux grasses, en y

associant la pouzzolane (cendre du Vésuve à Pouzzoles) pour la prise hydraulique et qui en

fixèrent la technique. Dans cette période, du règne de la chaux grasse, à durcissement trop lent

pour permettre la tenue du béton en élévation, il ne fut employé que pour les aires (routes,

dallages, planchers…) et les fondations.

Vicat obtint systématiquement les chaux hydrauliques en 1818 en partant de calcaires

argileux. Le ciment ne fut utilisé qu’à partir du milieu du XIXème siècle pour les bétons en

élévation. Coignet exécuta, en 1847, le premier immeuble en béton coffré, puis des pièces

moulées et en 1852 un plancher avec poutrelles en fer et en béton coulé (terrasse à


SaintDenis).

Le béton armé de fers ronds apparut en 1848,avec le bateau Lambeau, Le béton armé

s’est étendu ensuite à toutes les constructions portantes chargées. Entre 1930 et 1950, on

construit les premières réalisations en béton précontraint. Ce nouvel essor est apporté par

Eugène FREYSSINET.

Les premières études systématiques sur les bétons eurent lieu en France et sont dues aux

Ingénieurs des Ponts et Chaussées.

les travaux de R.Féret sont considérables. En 55ans, il donne près de 200 publications

sur les liants, les mortiers, les bétons, mais son étude de 1892. Complétée par celle de

1896 et qui n’a pas de correspondance nulle part, était déjà déterminante pour la

découverte des lois du béton.

En 1925, Bolomey propose une loi continue qui reprend celle de Fuller sur la

granulométrie et composition.

Le Clerc du sablon en 1927 a fait une étude de résistance liée à la compacité du béton.

En 1937, A.Caquot met en évidence l’effet de paroi des moules.

En 1940, R.Valette a fait une étude de la résistance des bétons en fonction du rapport

gravier/sable.

En 1942, Faury donna une étude générale du béton et proposa une nouvelle

granulation type, variante assouplie des granulations continues antérieures.

Actuellement, les recherches et les études sur les bétons ne cessent d’évoluer, dans le but

d’améliorer leurs performances et aussi pour les rendre plus économique.

III/ Les constituants du béton [2][5][7][8][10][11][12][13]

Nous avons indiqué que le béton s’obtient en mélangeant de liant, des granulats, de

l’eau et d’adjuvant. Chaque constituant joue un très grand rôle dans la fabrication du béton et

ses caractéristiques influent sur les propriétés et la destination du béton.


III-1/Liants

Les liants hydrauliques sont constitués par les ciments et les chaux hydrauliques.

Aujourd’hui, l’emploi de la chaux existe encore mais son emploi se substitue

considérablement à l’utilisation du ciment faute de sa prise trop lente et sa faible résistance.

Dans cette étude nous ne considérons que le ciment.

Il existe deux sortes de ciments à savoir les ciments proprement dits et les ciments

équivalents.

III-1-1/Les ciments

III-1-1-1/ Définition

Ce sont des liants hydrauliques fabriqués à partir :

Du clinker obtenu par cuisson, jusqu’à une fusion partielle, d'un mélange dosé et

homogénéisé comprenant essentiellement de la chaux, de la silice, de l’alumine

et de l’oxyde de fer ;

Du laitier obtenu par refroidissement brusque de la scorie en fusion provenant

des hauts fourneaux ;

De la pouzzolane ou des cendres volantes en provenance des cendres

thermiques ;

Des fillers obtenus par broyage de roches de qualités convenables et qui, par

leur granularité, agissent sur certaines qualités des ciments (maniabilité,…).


III-1-1-2/ Fabrication du ciment

Voici la figure résumant les différentes réactions pendant la fabrication du ciment

(100°C à 120°C)

(500°C à 750°C)

(750°C à 1000°C)

(Vers 950°C)

(1000°C à 1100°C)

(Vers 1250°C)

(Vers 1400°C)

Figure 1 : différentes réactions pendant la fabrication de ciments

Le clinker est formé de différents constituants qu’illustre le tableau suivant :

Tableau 1: principaux constituants du clinker

Noms Notation du cimentier Notation chimique

Alite C3S 3CaO, SiO2

Bélite C2S 2CaO, SiO2

Célite C3A 3CaO, Al2O3

Aluminoferrite C4AF 4CaO, Al2O3, Fe2O3

Ferrobicalcique C2F 2CaO, Fe2O3

Chaux libre non combinée Clibre CaOlibre

Départ d’eau d’humidité

Déshydratation des minéraux argileux

Décomposition des argiles

Décarbonatation de CaCO3 et MgCO3

Formation de C4AF

Formation de C3A et C2S

Formation de C3S : réaction de clinkérisation

Mélange cru


Ainsi, la quantité de chaque constituant du clinker est donnée par le tableau qui suit :

Tableau 2: teneur moyenne en chaque constituant

Eléments principaux CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO Na2O+K2O

Teneur (%) 62-67 19-25 2-9 1-5 0-1 0-1,5

Le clinker après broyage, en présence d’un peu de sulfate de chaux, donne le ciment

Portland pur.

III-1-1-3/ Prise et durcissement du ciment

a. 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 ».

Voici l’équation d’hydratation de C3S et C2S:

2 (3CaO.SiO2) + 7 H2O 3 CaO.2SiO2.4H2O + 3 Ca(OH)2

2 (2CaO.SiO2) + 5 H2O 3 CaO.2SiO2.4H2O + Ca(OH)2

b. Prise

Le début de prise correspond au moment où l’on constate une augmentation

relativement brusque de la viscosité de la pâte avec échauffement ; on le détermine à l’aide de

« l’aiguille de Vicat ».

La fin de prise correspond au moment où la pâte est devenue un bloc rigide ; elle ne

peut se définir avec précision.

Le temps de début de prise varie avec le type du ciment, mais pour la plupart des

ciments courants, le début de prise à 20°C se situe entre 2 et 5 heures.

c. Durcissement

Après la prise, le phénomène d’hydratation se poursuit ; c’est la période de

durcissement. Elle est beaucoup plus longue ; pour les ciments à durcissements rapides. Le

durcissement se poursuit pendant des mois.


d. Fausse prise

Dans la composition des ciments rentre en général un peu de gypse. Si les clinkers sont

trop chauds ou s’échauffent trop au cours du broyage, il se forme alors du plâtre dont la prise

très rapide donne l’impression d’un début de prise du ciment, c’est « la fausse prise ».Dans ce

cas, il ne faut pas ajouter d’eau mais augmenter la durée de malaxage.

III-1-1-4/ Normalisation et classification des ciments

Plusieurs normes sont utilisées, pour la normalisation des ciments. A Madagascar, les

normes en vigueur et utilisées par les laboratoires de contrôle sont celles publiées par

l’AFNOR. La norme de référence des ciments courants est la norme européenne EN 197-1

publiée par l’AFNOR sous la référence NF EN 197-1, est subdivisée en trois rubriques:

une première partie descriptive qui définit les constituants du ciment et

délimite les différents types de ciments;

une deuxième partie qui fixe les classes de résistance, les spécifications

mécaniques et physico-chimiques;

une troisième partie consacrée aux critères de conformité, les procédures de

leur vérification et les seuils de garantie.

Dans la norme NF EN 197-1, les ciments courants sont subdivisés en cinq types selon la

nature et la proportion des constituants.

Tableau 3: Les cinq types de ciment de la norme européenne.

Type Désignation

Ciment Portland CEM I

Ciments Portland composes CEM II / A ou B

Ciment de haut fourneau CEM III / A,B ou C

Ciments pouzzolaniques CEM IV / A ou B

Ciments composes CEM V / A ou B

Les ciments de la norme NF EN 197-1 sont définis comme ciments courants, à l’instar

des autres ciments plus spécifiques, dans la composition, la fabrication et/ou l’utilisation.


Le tableau suivant donne une description détaillée des différents types de ciments

courant :

Tableau 4 : Différents types de ciment selon la norme NF EN 197-1

Type

Notation composition (en % en masse)

Dénomination Symbole (2) Clinker Constituants

principaux secondaires

CEM I Ciment portland CEM I 95-100 0 0-5

CEM II

Ciment portland au

laitier

CEM II/A-S 80-94 6-20 0-5

CEM II/B-S 65-79 21-35 0-5

Ciment portland à la

fumée de silice (3) CEM II/A-D1 90-94 6-10 0-5

Ciment portland à la

pouzzolane

CEM II/A-P 80-94 6-20 0-5

CEM II/B-P 65-79 21-35 0-5

CEM II/A-Q 80-94 6-20 0-5

CEM II/B-Q 65-79 21-35 0-5

Ciment portland aux

cendres volantes

CEM II/A-V 80-94 6-20 0-5

CEM II/B-V 65-79 21-35 0-5

CEM II/A-W 80-94 6-20 0-5

CEM II/B-W 65-79 21-35 0-5

Ciment portland au

schiste calciné

CEM II/A-T’ 80-94 6-20 0-5

CEM II/B-T’ 65-79 21-35 0-5

Ciment portland au

calcaire

CEM II/A-L 80-94 6-20 0-5

CEM II/B-L 65-79 21-35 0-5

CEM II/A-LL 80-94 6-20 0-5

CEM II/B-LL 65-79 21-35 0-5

Ciment portland

composé (4) (5)

CEM II/A-M 80-94 6-20 0-5

CEM II/B-M 65-79 21-35 0-5

CEM III

Ciment de haut

fourneau (6)

CEM III/A 35-64 36-65 0-5

CEM III/B 20-34 66-80 0-5

CEM III/C 5-19 81-95 0-5

CEM IV Ciment

pouzzolaniques (5) (7)

CEM IV/A 65-90 11-35 0-5

CEM IV/B 45-64 36-55 0-5

CEM V Ciment composé (5)

CEM V/A 40-64 36-60 0-5

CEM V/B 20-39 61-80 0-5


(1) : Les valeurs données se réfèrent à la somme des constituants principaux et secondaires.

(2) : Signification des lettres :

Quantité des constituants principaux (autres que le clinker) :

* A : 6 à 20 %

* B : 21 à 35 %

* C : 36 à 65 %

Nombre : la lettre M pour signaler qu'on a au moins 2 constituants principaux

Noms :

*S : laitier de haut fourneau

* D1 : fumée de silice

* P : pouzzolane naturelle

* Q : pouzzolane naturelle calcinée

* V : cendres volantes siliceuses

* W : cendres volantes calciques

* T’ : schiste calciné

* L ou LL : calcaire

(3) : La proportion de fumée de silice est limitée à 10 %

4) : Présence de plusieurs constituants principaux à différentes proportions

(5) : Les constituants principaux doivent figurer dans la désignation du ciment

(Symboles entre parenthèses)

(6) : Le laitier de haut fourneau est le seul principal ajout au clinker pour ce type de ciments

(7) : Les principaux ajouts sont de la fumée de silice, de la pouzzolane naturelle et des cendres

volantes (D, P ou Q et V ou W)

Pour bénéficier pleinement de l’activité hydraulique des fines d'addition, on privilégiera

souvent les CPA par rapport aux CPJ.


Du point de vue physico-chimique, la norme NF P 15 301 a imposé les caractéristiques

du ciment comme l’indique le tableau ci-dessous.

Tableau 5 : Exigences sur les caractéristiques physiques et chimiques du ciment selon la

norme NF P 15 301

PROPRIETES TYPE DE CIMENTS CLASSE DE

RESISTANCE EXIGENCES (%)

Perte au feu

CPA

Toutes classes

< 5.0 CHF

CLK

Oxyde de magnésium CPA Toutes classes < 5.0

Résidu insoluble

CPA

Toutes classes

< 5.0 CHF

CLK

Sulfates (SO3)

35

< 3.5 CPA 35R

CPJ 45

CPZ 45R

< 4.0

CLC 55

55R

CHF Toutes classes

Chlorure

Tous types

Toutes classes sauf

55R < 0.10

55 < 0.05

III-1-2/Le liant équivalent

Le liant équivalent est constitué de ciment CPA et d’une addition normalisée venant en

substitution partielle du ciment (cendre volante, addition calcaire, laitier vitrifié moulu de haut

fourneau, filler siliceux ou fumée de silice).


La norme XPP 18 305 défini précisément le liant équivalent et les conditions d’emploi

des additions par :

Un rapport maximal addition/addition + ciment CPA qui dépend de la nature de

l’addition et de la classe de l’environnement ;

Un coefficient K de prise en compte des additions, spécifique à leur nature ;

Le liant équivalent C’est ainsi définit par la relation : C’ = C + k1A ;

La hauteur maximale d’addition prise en compte dans le liant équivalent est fixé par

A / (A + C)

Avec :

k1 : coefficient de prise en compte utilisé,

A : poids de l’addition utilisée.

Selon les types d’additions utilisées dans le béton, le rapport A / (A + C) doit être

inférieur ou égal à une valeur bien définie.

Tableau 6 : Valeur de A / (A+C) de la norme XP P 18-305

0,30 Laitier vitrifié moulu

0,30 Cendres volantes

0,25 Additions calcaires

0,10 Fumées de silice

0,10 Fillers siliceux

III-1-3/Propriétés du ciment

La finesse de mouture d'un ciment est caractérisée par sa surface spécifique ou surface

développée totale des grains contenus dans une masse donnée. Cette finesse, mesurée

conventionnellement selon la norme NF P-15-442, est exprimée en cm2/g. En général, elle est

de 2700 à 3500cm2/g (surface spécifique Blaine).

La masse volumique des ciments est, en générale de 800 à 1200kg/m3 et la masse volumique

réelle varie en générale de 2900 à 3200kg/m3, soit en moyenne une densité absolue de 3,1

généralement admise.


III-2/Granulats

III-2-1/ Définition

Les granulats sont des débris rocheux de diamètre compris entre 0 et 125mm. Ils

peuvent provenir de la carrière (concassés) ou extraits du lit de rivières (roulés). Ils

constituent le squelette du béton. Selon les formulations retenues, ils forment de 70 à 90 % en

masse de un mètre cube de béton.

III-2-2/ Classifications

On distingue plusieurs types de granulats, selon la norme XP P 18 – 540 :

En fonction de leur origine:

Granulats naturels, issus de roches meubles ou massives et qui ne subissent aucun

traitement autre que mécanique.

Granulats artificiels, provenant de la transformation thermique et mécanique de

roches ou de minérales.

Granulats recyclés, granulats qui proviennent de la démolition d'ouvrages ou qui

sont réutilisés.

En fonction de leur masse volumique réelle (MVR) :

Granulats courants, granulats dont la MVR est comprise entre 2 et 3 T/m3;

Granulats légers, granulats dont la MVR est inférieure à 2 T/m3;

Granulats lourds, granulats dont la MVR est supérieure à 3 T/m3.

En fonction de leur coupure granulométrique :

Filler, 0 / D avec D < lmm et au moins 70% passant à 0,063 mm;

Sablon, 0 / D avec D < 2mm et au moins 70% passant à 0,063 mm;

Sable, 0 / D avec l < D < 6,3 mm;

Gravillon, d / D avec d > lmm et D < 125mm.

III-2-3/ Propriétés

Les granulats employés pour la confection des bétons doivent satisfaire à un certain

nombre de conditions visant particulièrement : les caractéristiques physiques et chimiques de

leur roche d'origine : ils doivent provenir des roches inertes, c'est à dire sans action sur le

ciment et inaltérable à l'air et à l'eau. Ils ne doivent pas contenir d'impuretés nuisibles aux

propriétés essentielles du béton ou susceptibles d'altérer les armatures et les autres matériaux.


Ce sont notamment:

Le charbon et ses résidus ;

Les matières organiques, même en très petite quantité, peuvent nuire au durcissement

du béton, car les acides formés par la décomposition des déchets végétaux se

combinent aux sels alcalins du ciment ;

Les matières solubles ainsi que le limon, la vase, l'argile et de façon générale, les

matières extra-fines qui, par brassage de l'agrégat sous l'eau, troublent le liquide, ne

sont tolérées qu'en faible proportion.

Les sulfures et les sulfates notamment le gypse et l'anhydrite.

La forme des éléments des granulats joue aussi un rôle essentiel sur les propriétés du béton.

Les sables et graviers les meilleurs, à ce point de vue, sont ceux dont la forme des

grains diffère le moins de la sphère s'ils sont arrondis, ou du cube s'ils sont anguleux.

Les matériaux contenant des plaquettes ou des aiguilles sont défectueux; les granulats

qui contiennent une forte proportion de ces grains de mauvaise forme doivent être

rebutés.

Les granulats comprennent les sables et les pierrailles.

III-2-4/ Sables

Le sable est constitué par des grains provenant de la désagrégation des roches; la

grosseur de ces grains est généralement inférieure à 6 mm.

Le poids du mètre cube de sable est d'environ 1600kg. Le sable utilisé doit être propre;

en particulier, il ne doit comporter ni terre, ni matières organiques, ni argile (fines).

On classe les sables en trois catégories :

• les fins, dont la grosseur des éléments est comprise entre 0 et 0,5 mm;

• les moyens, dont les éléments sont compris entre 0,5 mm et 2mm;

• les gros, dont les éléments sont compris entre 2 mm et 5 mm.

La composition du sable au point de vue de la grosseur des grains a une importance

considérable sur la qualité du béton obtenu.


III-2-5/ Pierrailles

Les pierrailles sont constituées par des fragments de roches dont la grosseur est

généralement comprise entre 5 et 25 mm. Elles peuvent être extraites du lit des rivières

(matériaux roulés) ou obtenues par concassage de roches dures (matériaux concassés). Les

roches constituant les pierrailles doivent être dures, propres. Le poids de un mètre cube de

pierrailles est d'environ1400 kg.

Pour l’étude expérimentale, le choix de la dimension maximale des granulats dépend

des exigences de l’ouvrage à mettre en œuvre (espacement des armatures entre lesquelles doit

pouvoir passer le béton, épaisseur d’enrobage de celles-ci, forme de la pièce à mouler).

Aussi, doit-on tenir compte des problèmes suivants :

Choix des classes granulaires

En général, le béton est obtenu à partir de deux classes : un sable de type 0/5 et un

gravillon 5/12 ; 5/15 ou 5/20. Mais on peut également utiliser deux classes de gravillons dans

des compositions plus élaborées, lorsqu’on cherche à se rapprocher d’une granulométrie

continue.

Pour répondre à des performances particulières, il existe des bétons spéciaux qui font

appel à davantage de classes.

Dosage des granulats

On a considéré comme ayant une influence sur les qualités du béton les deux facteurs

suivants :

La proportion relative gravillons/sable : traduite par le facteur G/S que les études

récentes ont fait apparaitre comme moins importantes qu’on ne le pensait auparavant,

lorsque ce facteur reste inférieur à 2.

La granulométrie du sable peut par exemple être caractérisée par son module de

finesse qui est généralement compris entre 2,2 et 2 ,8 pour un béton.


III-3/Eau

La quantité d'eau employée pour le gâchage du béton est toujours supérieure à celle

nécessaire pour l'hydratation du ciment.

La quantité d'eau de gâchage introduite dans la composition du béton influe, d'une part

sur la qualité du béton, et d'autre part sur la facilité de mise en œuvre. L'eau entrant dans la

composition du béton doit être pure, sans acide, ni alcali. L'eau de mer doit être à éviter dans

toute la mesure du possible. La normalisation officielle prescrit que les eaux employées pour

le gâchage des bétons, ne doivent pas contenir des matières en suspension, ni être chargées de

sels dissous au-delà de certaines proportions :

Tableau 7 : Impuretés admissibles dans l'eau de gâchage

Qualité du béton

Impuretés

En suspension Dissoute

Pour les bétons de qualités 2g/L 15g/L

Autres bétons 5g/L 30g/L

III-4/Adjuvants

Dès les origines de la fabrication du béton de ciment Portland, commencent des

recherches sur l’incorporation de produits susceptibles d’améliorer certaines de ses propriétés.

On cherche à agir sur les temps de prise, les caractéristiques mécaniques et de la mise en

œuvre.

Les adjuvants sont des produits chimiques qui, sont incorporés dans les matériaux

cimentaires lors de leur malaxage ou avant leur mise en œuvre à des doses inférieures à 5% du

poids de ciment, provoquent des modifications des propriétés ou du comportement de ceux-ci.

Ils sont classés selon leurs rôles.

Les normes européennes retiennent la classification suivante :

Plastifiants réducteurs d’eau.

Superplastifiants hautement réducteurs d’eau ou fluidifiants.

Rétenteurs d’eau.

Entraîneurs d’air.

Accélérateurs de prise.


Retardateurs de prise.

Hydrofuges.

Accélérateurs de durcissement.

En outre, il y a aussi les colorants en poudre pour des bétons courants.

Tous ces adjuvants assurent des rôles très variés sur les constituants du béton à savoir :

Les plastifiants réducteurs d’eau qui permet de faire varier la consistance du béton

vers l’état fluide ce qui améliore la mise en œuvre du béton (tranchées étroites et

profondes, coffrages de formes complexes, etc).

Ce sont des produits qui viennent se fixer par adsorption à la surface du ciment. Ils

provoquent une défloculation des grains et une lubrification de la pâte. Ce processus permet

soit une amélioration de la maniabilité, sans augmenter le dosage en eau, soit une réduction du

rapport E/C, donc une augmentation des résistances mécaniques, sans modifier la maniabilité.

On peut également jouer partiellement sur les deux paramètres pour augmenter les résistances

mécaniques tout en améliorant la maniabilité. Il assure une résistance à la compression de

110%, et permet une réduction du dosage en eau d’au moins 5%.

Les superplastifiants qui permet de réduire la quantité d’eau (néfaste à la qualité du

béton en surdosage) et augmente la résistance mécanique en maintenant une grande

ouvrabilité (meilleur mise en œuvre)

Ce sont des produits de synthèse, ils sont de même fonctions que les plastifiants mais

leur influences sur les propriétés du béton sont très fortes car ils peuvent réduire le dosage en

eau jusqu’à 12% le minimum et augmenter les résistances mécaniques plus de 140%.

Leurs dosages sont compris entre 0,5 et 3% du poids de ciment.

Les accélérateurs de prise qui permettent d’accélérer la montée en résistance du béton

pour, le plus souvent, permettre un décoffrage rapide 24h ou 48h

L’accélérateur de prise a pour fonction principale de diminuer le temps de prise du

ciment dans les bétons. Ils sont à recommander pour les bétonnages par temps froid, les

décoffrages rapides, les scellements les travaux en galerie, les travaux sous l’eau, etc.

Les retardateurs de prise qui permet un maintien d’ouvrabilité du béton plus long. Il

est généralement utilisé en été.


Introduits dans l’eau de gâchage, ils ont pour fonction principale d’augmenter le temps

de début de prise du ciment dans le béton ou le mortier. Les retardateurs de prise sont

particulièrement recommandés pour les bétonnages par temps chaud, pour le béton prêt à

l’emploi, les bétonnages en grande masse et la technique des coffrages glissants.

Les rétenteurs d’eau

Ce sont des produits d’addition généralement en poudre qui ont pour fonction principale

de réduire au ressuage des bétons. Ils sont utilisés pour améliorer la cohésion des bétons

fluides dont le sable manque d’éléments fins ou à faible dosage en ciment.

Les hydrofuges

Les hydrofuges de masse ont pour fonction principale d’assurer une bonne étanchéité au

béton.

Accélérateurs de durcissement.

Ils permettent d’atteindre plus rapidement un pourcentage donné de la résistance du

béton.

Entraineurs d’air (pour créer un réseau de bulles d’air dans le béton et lui permettre de

mieux résister aux attaques du gel/dégel. L’entrainement d’air améliore aussi la

thixotropie ce qui confère au béton une meilleur cohésion et un plus bel aspect)

Ils ont pour fonction d’entraîner la formation dans le béton, de microbulles d’air

uniformément réparties dans la masse.

III-5/ Les ajouts

On utilise parfois comme ajouts des fines minérales. Ils servent à améliorer certaines

caractéristiques du béton, à savoir, la compacité, la maniabilité, et ….

On distingue :

- La cendre des balles de riz.

- La pouzzolane.

- La dolomie.

- etc


IV/ Classification des bétons selon la norme NF EN 206-1 [6][7][10]

Il existe plusieurs critères pour classer le béton :

Selon la nature des liants

béton de ciment ;

béton silicate (Chaux) ;

béton de gypse (gypse) ;

béton asphalte.

Lorsque des fibres (métalliques, synthétiques ou minérales) sont ajoutées, on distingue :

les bétons renforcés de fibre (BRF) qui sont des bétons « classiques » qui contiennent des

macrofibres (diamètre ~1 mm) dans proportion volumique allant de 0,5 % à 2 % ; et les

bétons fibrés à ultra hautes performances (BFUHP). Ce sont des bétons (BUHP) qui

contiennent des microfibres (diamètre > 50microns), ou un mélange de macrofibres et de

microfibres. Utilisés depuis le milieu des années 1990 dans le génie civil et parfois la

réhabilitation d'ouvrages anciens, en milieu littoral notamment.

Selon la nature des constituants

Le béton peut varier en fonction de la nature des granulats, des adjuvants, des colorants,

des traitements de surface et peut ainsi s’adapter aux exigences de chaque réalisation, par ses

performances et par son aspect.

Les bétons courants sont les plus utilisés, aussi bien dans le bâtiment qu'en travaux

publics. Ils présentent une masse volumique de 2 300 kg/m3 environ. Ils peuvent être

armés ou non, et lorsqu'ils sont très sollicités en flexion, précontraints.

Les bétons lourds, dont les masses volumiques peuvent atteindre 6 000 kg/m3 servent,

entre autres, pour la protection contre les rayons radioactifs.

Les bétons de granulats légers, dont la résistance peut être élevée, sont employés dans

le bâtiment, pour les plates-formes offshore ou les ponts.

Selon leur masse volumique:

Tableau 8: Les types de béton selon leur masse volumique

Les différents bétons

Types de béton Masse volumique apparente en kg/m3

Béton lourd ˃ 3000

Béton semi lourd 2500 à 3000

http://fr.wikipedia.org/wiki/Chaux_%28chimie%29

http://fr.wikipedia.org/wiki/Gypse

http://fr.wikipedia.org/wiki/Microfibre


Béton normal 1800 à 2500

Béton léger < 1800

Béton très léger <500

V / Formulation du béton [4]

L’étude de formulation du béton consiste à trouver le mélange optimal qui répond aux

critères techniques et économiques fixés dans la norme. Compte tenu de la granularité de ce

matériau, les méthodes utilisées pour la formulation du béton usuel qui consiste généralement

à définir une courbe granulaire de référence ne sont pas applicables. Par conséquent, la

formule de Caquot est adoptée car elle donne la porosité minimale théorique du béton à partir

de l’étendue granulaire du matériau. Selon Caquot, la porosité minimale se décompose en la

somme d’un volume d’eau et d’un volume piégé, selon la formule suivante :

(e + v) min=0,8 (d/D)0,2

Où d/D est l’étendue granulaire y compris les fines.

Pour aboutir à la formulation du béton, on peut suivre le schéma suivant:

Figure 2 : procédures de formulation de béton

V-1/ Recueil des données

On recueillit toutes les données spécifiques liées à l’usage du béton :

nature de l’ouvrage

mode de mise en place du béton et la puissance du serrage

importance du ferraillage

exigences spécifiques (de l’utilisateur ou du cahier de charge)


V-2/ Formulation

L’objectif est de déterminer, en fonction des paramètres visées et des caractéristiques

des matières premières, par des méthodes adéquates les dosages des différents constituants.

On aura enfin de cette étape les proportions de chacun des constituants pour un mètre

cube de béton.

V-3/ Test en laboratoire

La formule obtenue précédemment n’est que théorique. Il faut donc un test au

laboratoire pour vérifier les formules estimées.

V-4/ Modifications

On pourra y avoir des modifications dans le but d’améliorer la formulation tout en

approchant les spécifications demandées. En cas d’une incompatibilité entre deux

caractéristiques à obtenir, on peut faire aussi une modification au niveau des données.

VI/ Propriétés des bétons [1][8][10]

VI-1/ Propriétés mécaniques

Seules les propriétés prises en compte par l’ingénieur sont ici considérées. De ce point de vue,

un béton est défini par les caractères suivants :

VI-1-1/ Résistance à la compression

Un béton est défini par la valeur de sa résistance caractéristique à la compression à 28 jours,

f c28. Par convention, la résistance à la compression du béton est mesurée par la charge

conduisant à l’écrasement par compression axiale d’une éprouvette cylindrique de 16 cm de

diamètre et de 32 cm de hauteur.

Les bétons courants ont une résistance de 20 à 30 MPa, ceux de qualité supérieure de 40 à

50 MPa, et les bétons à haute performance peuvent dépasser 100 MPa. Par ailleurs, les valeurs

de la résistance à la compression s'obtiennent aussi en écrasant, entre les plateaux d'une presse

hydraulique, des éprouvettes (cubique, cylindrique ou prismatique selon la norme adoptée par

chaque pays) de béton d'âge donné et conservées dans des conditions fixées.


Connaissant la résistance à la compression à 28 jours d'âge, on peut déterminer celle à j jours

d'âge :

Rcj =

Rc28, Fc28 ≤ 40 MPa

Rcj =

Rc28, Fc28> 40 MPa

Il y a une relation entre la composition du béton et la résistance à la compression. D'où

la relation fondamentale qui lie la résistance à la compression Rc d'un béton aux volumes

absolus de ciment c, d'eau e et des vides v contenus dans un mètre cube de béton durci.

VI-1-1-1/ Formule de Bolomey

On a : Rc = k3 (CE - 0.5) pour béton plein

Rc = k3 (C(E+V) - 0.5) pour béton présentant des vides.

Où k3 dépend de la nature du ciment et de l’âge du béton

Tableau 9: Valeur de k3 en fonction de la nature du ciment et de l’âge du béton

Nature du ciment Age du béton (jours)

7 28 90

CPA 125 190 230

Ciment au laitier 90 150 200

VI-1-1-2/ Formule de Féret [14]

K2, coefficient dépendant de la nature du ciment et du mode de serrage. Pour un serrage

moyen et du ciment type CPA k≈500.

=

Où c, e et v sont les volumes du ciment, eau et air occlus.


VI-1-2/ Résistance à la traction

Elle est environ égale au dixième de la résistance à la compression et on distingue les

cas suivants :

VI-1-2-1/ Résistance en traction par flexion

Les essais les plus courants sont des essais de traction par flexion. Ils s’effectuent en

général sur des éprouvettes prismatiques d’élancement 4, reposant sur deux appuis :

Soit sous charge concentrée unique appliquée au milieu de l’éprouvette (moment

maximal au centre) ;

Soit sous deux charges concentrées, symétriques, égales, appliquées au tiers de la

portée (moment maximal constant entre les deux charges).

VI-1-2-2/ Résistance en 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 par

mise en traction du diamètre vertical, la résistance en traction sera :

ftj = 2

Avec :ft : résistance en traction par fendage

P : charge de compression maximale produisant l’éclatement du cylindre

j : âge du béton (en jours) au moment de l’essai ;

D et L : diamètre et longueur du cylindre.

VI-1-2-3/ Résistance en traction directe

La mesure se fait par mise en traction de cylindres identiques à celle de la résistance en

traction par fendage, mais l’essai est assez délicat à réaliser car il nécessite, après sciage des

extrémités, le collage de têtes de traction parfaitement centrées, l’opération devant avoir lieu

sans aucun effort de flexion parasite.


Figure 3: les différents essais sur les résistances à la traction d’un béton

VI-1-3/ Influence du dosage en ciment et en eau sur les résistances du béton

Rapport C/E

Comme l’action de l’eau sur le béton est très importante, Bolomey a adopté la relation

suivante pour déterminer le rapport C/E :

R = K (C/E – 0.5)

Avec R : résistance du béton,

K : coefficient dépendant de la nature et classe du ciment, de la

granulométrie du mélange, du module de finesse du sable et de l’intensité de serrage.

Ou en fonction de la classe vraie du ciment, on aura, toujours d’après Bolomey :

Rb28 = G CE (C/E – 0.5)

Avec : Rb28 : résistance à la compression du béton à 28 jours en MPa

CE : classe vraie du ciment à 28 jours en MPa

C : dosage en ciment en Kg/m3

E : dosage en eau totale sur matériau sec en litre/m3


G : coefficient granulaire en fonction de D et de la qualité des

granulats.

Dosage minimal en ciment

Connaissant les principaux rôles du ciment sur les bétons qui tient à fois la fonction

filler et la fonction liant, la Norme P 18 011 a prescrit les dosages minimaux suivants en

fonction du diamètre maximal D des granulats :

-C ≥

√ pour environnement d’agressivité moyenne et béton armé dans un environnement

sans agressivité,

-C ≥

√ pour environnement d’agressivité très forte et béton armé.

VI-2/ Propriétés physiques

Tous les matériaux, et entre autres le béton, sont, à des degrés divers, viscoélastiques.

Le facteur temps intervient donc dans leur comportement et dans la formulation de leurs

déformations. Il faut donc distinguer les déformations instantanées des déformations différées

qui se produisent au cours du temps. Cela est d’autant plus vrai pour le béton dont la

résistance s’accroît asymptotiquement avec le temps à mesure que se complète l’hydratation

du ciment.

VI-2-1/ Masse volumique

Elle varie entre 23 et 24 kN/m3. La présence d’armatures dans le béton armé ou le béton

précontraint conduit à prendre en compte une masse volumique de 25 kN/m3

(2 500 kg/m3)

dans les calculs ;

VI-2-2/ Coefficient de dilatation linéaire

Sa valeur linéaire est généralement égale à 1 Z 10-5. En fait, cette valeur s’étend de

0,8 Z 10-5 (béton à granulats calcaires) à 1,2 Z 10-5 (béton à granulats siliceux).

VI-2-3/ Retrait

Le béton est l’objet de retrait, c’est-à-dire d’une réduction dimensionnelle, en l’absence

de chargement, due essentiellement à l’évaporation de l’eau excédentaire interne.


On distingue:

le retrait plastique créé par la dessiccation de la pâte de ciment au début du

phénomène d’hydratation ; la cure du béton a pour but de prévenir les effets de ce

retrait qui, non contrôlé, peut être à l’origine de fissurations importantes ;

le retrait par auto dessiccation de la pâte de ciment au cours de l’hydratation ;

le retrait thermique dû aux effets des gradients de température qui se manifestent

dans le béton lors de la dissipation de la chaleur d’hydratation ; le retrait à long

terme du béton durci, ou retrait proprement dit, dû à l’évaporation de l’eau contenue

dans le béton et, à une moindre échelle, à la poursuite de l’hydratation du liant, toutes

causes qui ont pour effet de réduire l’hygrométrie des pores du béton.

Pour l’ingénieur, le retrait est une déformation différée se produisant en l’absence de

charge. Il croît avec le temps pour tendre, après quelques années, vers une limite qui dépend

notamment de la composition du béton, des dosages en ciment et en eau, de l’épaisseur des

pièces et de l’humidité relative de l’atmosphère environnante. Dans les conditions climatiques

françaises, le retrait unitaire total est de l’ordre de 2 à 3 Z 10-4. C’est, entre autres, l’existence

du retrait qui justifie la création de joints dans les structures.

VI-2-4/ Fluage

La déformation d’un élément en béton soumis à un chargement de longue durée est la

somme de la déformation dite instantanée et de la déformation différée due au fluage.

Déformation instantanée : c’est la déformation qui se produit sous l’effet d’un

chargement de courte durée (jusqu’à quelques jours). Elle peut être évaluée à partir de

la valeur du module instantané Ei.

Déformation différée : le chargement étant maintenu constant, la déformation croît

lentement, à vitesse décroissante, jusqu’à atteindre, après plusieurs années, sa valeur

maximale qui est, en ordre de grandeur, le double de celle de la déformation

instantanée. Dans ce cas, le module vrai de béton Ev est égal à Ei/3).

Le fluage du béton est ce processus continu de déformation d’un élément sur lequel

s’exerce une charge constante ou variable. Il est fonction notamment des caractéristiques du

béton, de son âge lors du chargement, de l’épaisseur de l’élément, de l’hygrométrie de

l’environnement et du temps. Le fluage est un phénomène complexe, constaté mais encore

mal compris.


Il serait lié à des effets de migration d’eau dans les pores et les capillaires de la matrice

ainsi qu’à un processus de réaménagement de la structure des cristaux hydratés du liant.

C’est Eugène Freyssinet qui, le premier, dès 1912, a mis en évidence ce phénomène et

en a mesuré les conséquences sur le comportement des structures en béton armé et en béton

précontraint (réduction de la résistance sous charges soutenues, pertes de précontrainte,

redistribution de moments).

VII/ Corrosion du béton [2]

Le béton risque de se dégrader en présence des phénomènes suivants :

Le gonflement dû au sulfate

En présence d’une forte concentration en sulfate, l’aluminate tricalcique et le sulfate de

calcium se combinent pour donner un trisulfate ‘éttringite’ hydraté qui constitue un sel

gonflant par suite de fixation d’un grand nombre de molécules d’eau. Pour éviter ce

gonflement, il est conseillé d’utiliser les ciments contenants d’aluminate tricalcique en faible

quantité tels que CEM I ES ou CEM II/A et BES, ainsi que les ciments très chargés en laitier

comme CEM II/B, CEM III/C et CLC.

La réaction alcalis-granulats

Dans les granulations, certains constituants amorphes et mal cristallisés de la silice

(SiO2) sont sensibles aux alcalis et peuvent en présence d’humidité réagir avec un hydroxyde

alcalin provenant du ciment (NaOH, Ca(OH)2), il se forme des silicates alcalins hydratés

volumineux entraînant la désagrégation du béton en présence d’humidité, qui se traduit par

des fissurations, du faïençage à maille plus ou moins serrées des gonflements provoquant des

déformations éventuelles parfois très importantes de la structure, des écaillages, des

exsudations, des cratères superficiels. Les granulats sensibles à ce phénomène sont ceux qui

contiennent de l’opale (une silice hydratée), ainsi que ceux qui contiennent de la dolomie ou

du mica.

La carbonatation

Elle est due à l’action de l’acide carbonique CO2 (qui se trouve dans l’atmosphère en

faible quantité environ 0.5%) sur la chaux libérée par l’hydratation des constituants anhydres

du clinker.


Cette carbonatation qui progresse dans le béton à partir des faces en contact avec

l’atmosphère fait baisser le pH neutralisant ainsi progressivement l’alcalinité du béton et son

rôle ‘passivant’ sur les armatures qui n’étant plus protégées, se corrodent.

VIII/ Utilisations des bétons [2][7]

Le béton fait partie de notre cadre de vie. Il mérite sa place par sa caractéristique de

résistance, ses propriétés en matière thermique, sa résistance au feu, son isolation phonique,

son aptitude au vieillissement, ainsi que par la diversité qu'il permet dans les formes, les

couleurs et les aspects. Le béton peut s’adapter aux exigences de chaque réalisation, par ses

performances et par son aspect. C’est pourquoi nous l’utilisons dans plusieurs domaines.

Les bétons courants sont les plus utilisés, aussi bien dans le bâtiment qu'en travaux

publics.

Les bétons lourds servent, entre autres, pour la protection contre les rayons

radioactifs.

Les bétons de granulats légers, dont la résistance peut être élevée, sont employés dans

le bâtiment, pour les plates-formes offshores ou les ponts.

Les bétons cellulaires (bétons très légers) dont les masses volumiques sont inférieures

à 500 kg/m3, sont utilisés dans le bâtiment, pour répondre aux problèmes d'isolation.

Les bétons de fibres, plus récents, correspondent à des usages très variés: dallages,

éléments décoratifs, mobilier urbain.


CHAPITRE 2: LE BETON DE SABLE [1] [4]

I/ Définition et spécification

I-1/ Définition

On appelle un béton de sable un béton obtenu par un mélange de sable(s), de ciment,

d’addition(s) et d’eau. Il s’agit donc d’un béton fin. Outre ces composants de base, le béton de

sable peut comporter un ou plusieurs adjuvants. Par rapport à cette composition fondamentale

et pour répondre aux besoins des usagers, des ajouts spécifiques peuvent être envisagés tels

que gravillons, fibres, colorants, …

Un béton de sable est dit chargé s’il comporte un ajout de gravillon mais il ne s’agit

évidemment pas à découvrir les bétons classiques, aussi, cette dénomination n’est-elle valable

que lorsque le rapport gravillon / sable est inférieur à 0.7 (G / S < 0.7).

I-2/ Spécification du béton de sable

Le béton de sable se distingue d’un béton traditionnel par un fort dosage en sable, par

l’absence ou un faible dosage en gravillon et l’incorporation d’additions.

Il se distingue d’un mortier par :

Sa composition : le mortier est en général fortement dosé en ciment et ne comporte

systématiquement pas d’additions ;

La destination : les bétons de sables sont essentiellement destinés aux usages

traditionnels du béton (construction de bâtiment, voirie,….)

II/ Historique

En 1853, dans la perspective de réaliser des constructions monolithes, économiques et

résistantes, l’Ingénieur COIGNET mit au point « le Béton aggloméré » destiné à être moulé et

pilonné en place et qui n’est autre que l’ancêtre du béton de sable.

Il s’agissait, en effet, d’un mélange sans caillou, de sables, de cendres, de scories de

charbon brûlé, de terre argileuse cuite et pilée, de chaux hydraulique naturelle et d’eau en

faible quantité. Il construit ainsi en béton aggloméré une vaste maison, encore visible en

France.


Cette composition fut par suite utilisée dans bon nombre de construction et réseau

d’assainissement et, après adaptation, servit notamment à réaliser un grand mur de

soutènement de la place du Trocadéro à Paris en France.

En Egypte, la phare de Port-Saïd, fut construit, en 1869, en béton de sable de plage et

chaux, ainsi qu’un pont à Brooklyn, édifié en 1871-1872.

En 1918, en Union soviétique, une expérience très originale fut faite par Nicolas de

Rochefort, à Saint Petersbourg. Elle consistait à broyer ensemble sable et clinker à parts

égales, puis à mélanger ce produit avec du sable dans le rapport de 1 (produit broyé) à 3

(sable). Les résistances obtenues furent les mêmes que celles d’un mélange sable-ciment,

beaucoup plus riche en (1/3 de ciment pour 2/3 de sable).

Le professeur REHBINDER, soviétique eut repris cette expérience comme base de ses

propres recherches sur le béton de sable et le mystérieux mécanisme d’activation par broyage

du mélange sable/clinker.

L’union soviétique, riche en sable, mais pauvre en gravillons et roches massives sur de

vastes étendues, ne cessa, principalement depuis 1941, de faire du béton composé de sable et

d’un ou deux liants (ciment et chaux), selon les opportunités. Les réalisations sont

nombreuses. Citons parmi bien d’autres :

Eléments de préfabrications ;

Tunnels et métros (ombrelles d’étanchéité) ;

Mobilier urbain et éléments architecturaux ;

Aérodromes, etc.

III/ Composition du béton de sable

Les constituants d’un béton de sable sont définis par la norme française NF P 18 500

révisée en octobre 1987 par l’AFNOR. Comme le béton traditionnel, le béton de sable est

composé : sable, de ciment, d’eau et de fines d’ajouts ; mais pour satisfaire les conditions

techniques exigées par les usagers ou dépendant des conditions de destination dudit béton,

d’autres ajouts spécifiques sera donc envisagés tels que : des gravillons, des fibres et des

adjuvants,…


III-1/ Les sables

Ce sont des granulats caractérisés par leur D (diamètre des plus gros grains), décrit par

les normes NF P 18 451, qui est inférieur ou égal à 4mm. Mais on peut admettre l’emploi

d’un granulat à granulométrie continue de 0mm à 8mm tant que le rapport pondéral entre les

éléments supérieurs à 4mm et ceux inférieurs à 4mm reste inférieur à 0.7

Il n’y a aucun critère granulométrique exigible pour faire un béton de sable c’est-à-dire

on peut utiliser n’importe quelle variété de sables mais la seule condition qu’on doit respecter

c’est ses propretés. Il faut donc faire attention pour cela. En plus, les sables à éléments très

fins (exemple : sable de dune) nécessitent beaucoup plus d’eau cependant ça va diminuer la

résistance du béton.

III-2/ Le ciment

Le ciment utilisé pour réaliser un béton de sable est conforme à la norme NF EN 197-1.

Le choix du ciment est fait à partir de sa classe de résistance, de ses caractéristiques

d’hydratation, de l’agressivité du milieu où l’on destine l’ouvrage et aussi de la composition

du béton.

III-3/ L’eau

L’eau de gâchage est conforme à la norme NF EN 1008. On n’a pas eu l’occasion de

posséder cette norme donc par défaut, on a pris la norme NFP 18 303 qui régit les exigences

requises pour les eaux de gâchage de béton.

Toutes les eaux potables conviendront, mais elle doit satisfaire les exigences suivantes :

Tableau 10: Caractéristiques de l’eau exigées selon la norme NFP 18 303

Constituants Limites en pourcentage de l’eau (en masse)

Insoluble < 0.1

Matières dissoutes < 0.2

Carbonates + bicarbonates alcalins < 0.1

Sulfates en S03 < 0.1

Sulfites en S < 0.01

Sucres < 0.01

Phosphates en P205 < 0.01


Nitrates en N03 < 0.05

Zinc < 0.01

Acidité en PH > 4

Acidité humique Pas de coloration brunâtre

III-4/ Les fines d’ajouts

Les caractéristiques du béton dépendent beaucoup de la granulométrie et de sa teneur en

eau. Il est à noter que cette granulométrie diffère le béton de sable avec du béton classique.

Dans le béton classique, on parle des éléments les plus gros (10 à 20mm). Ils créent des

macrovides que l’on va remplir par des sables et les sables par des fines. Ici dans le béton de

sable, l’utilisation des fines modifie certaines propriétés du béton de sable ou lui confère des

propriétés particulières, et donc joue le rôle d’addition.

Il peut s’agir:

De la quantité d’addition non prise en compte dans le liant équivalent ;

D’additions normalisées, qui ne peuvent être utilisées en substitution partielle du

ciment : fillers de laitier cristallisé, fillers ;

D’additions non normalisées, mais bénéficiant d’un avantage technique, qui, elles non

plus, ne peuvent être substituées au ciment.

Les dosages en fines d’addition seront souvent importants : entre 70 et 220 kg/m3 et

même au-delà. Par voie de conséquence, leurs caractères (nature géologique, forme,…) vont

influer grandement sur les caractéristiques de la formule employée. Par un dosage constant en

fines d’addition, la maniabilité est améliorée quand le rapport eau/ciment augmente, pour un

rapport eau/ciment fixé, la maniabilité dépend de la nature et du dosage en fines d’addition.

III-5/ les adjuvants

Le choix d’un adjuvant pour le béton de sable est fonction des caractéristiques du

mélange et des propriétés visées, on utilise :

de plastifiants ou de superplastifiants pour améliorer la maniabilité du béton et pour

augmenter la résistance par suite d’une diminution de la teneur en eau et de la

défloculation des éléments fins ;


des entraineurs d’air pour créer un réseau de microbulles dans le béton de sable pour le

protéger du gel ;

Ainsi, les adjuvants employés devront être conforme à la norme NF P 18 103 et leur

nature et dosage doivent systématiquement faire l’objet d’une vérification de laboratoire.

III-6/ Autres ajouts

Pour cela, on peut envisager les suivants :

l’utilisation des fibres pour réduire le retrait au premier âge

l’utilisation des gravillons améliore les caractéristiques du béton : résistance,

retrait, fluage,….Dans ce cas, on doit s’assurer que le rapport gravillons/sables soit

inférieur à 0.7 dans le but de garder sa dénomination de béton de sable.

L’utilisation des colorants soumis aux mêmes spécifications que pour les bétons

traditionnels.

IV/ Propriétés du béton de sable

Il est à noter que :

Les méthodes de vérification ou d’essais ou de contrôle des propriétés du béton

traditionnel (frais ou durci) sont applicables au béton de sable.

La classification des bétons en classes de résistance ou de consistance des bétons

s’applique de la même façon au béton de sable.

Ensuite,

la maniabilité du béton de sable s’améliore tant que le module de finesse des sables

augmente ;

sachant que le béton de sable est constitué d’éléments plus fins que le béton classique,

il aura donc besoin beaucoup plus d’eau par rapport à ce dernier et ça va influer sur sa

résistance.

L’adhérence du béton de sable aux armatures et aux supports (béton de sable projeté)

est une caractéristique importante à connaitre.

Et enfin, comme tous les bétons, la durée de vie du béton de sable dépend de

l’environnement où il sera exposé.


V/ Utilisations du béton de sable

On pourra utiliser le béton de sable dans plusieurs domaines mais leurs compositions

varient suivant la destination d’utilisation:

V-1/ en bâtiments et travaux publics

Fondation

Par sa conception et sa composition, le béton de sable peut être utilisé en fondation car

il répond aux conditions suivantes :

-fluidité, bonne faculté d’écoulement et de serrage sous son poids ; prise lente et contrôlée

-résistance à l’agressivité du milieu par une compacité élevée et une bonne imperméabilité

-bonne performances mécaniques

Eléments porteurs

Des expériences sur des poutres et poteaux en béton armé ont montré que le béton de

sable présentait une meilleure répartition de la fissuration, liée probablement à la valeur

sensiblement plus faible de son module de Young.

Dallage

On peut citer entre autres les:

-dallages à radiers sur terre pleine

-dalles de compression de planchers hourdis ou de planchers sur prédalles

-dalles armées coffrées

-dallages industriels : étant soumis à de fortes sollicitations, ils exigent des techniques de type

routier, traités avec les bétons de voiries

Eléments préfabriqués

Beaucoup d’éléments préfabriqués peuvent être conçus par le béton de sable :

-des parpaings et agglos pour fabriquer des murs porteurs ou de remplissage

-des poutres ou poteaux armé par des fibres (le plus souvent)


-des éléments accessoires comme le laiton, marche et contremarche d’un escalier, dalletes,…

-des toitures en fibrociment

- etc.

V-2/ ouvrages miniers

Il est possible de réaliser les ombrelles d’étanchéité des tunnels ou des galeries en béton de

sable armé préfabriqué. Il s’agit d’une voûte à caractère autoporteur constitué de plusieurs

éléments préfabriqués assemblé sur place. On peut envisager aussi les revêtements des puits

de mines à partir du béton de sable.

V-3/ voirie

Chaussées : couche de revêtement, couche de fondation

Des pavés à piéton

Buses

Radiers

Des trottoirs.

V-4/ éléments décoratifs :

Monuments

Statue

Bacs

Pavés ornementaux

Murs architecturaux

Balustre

Caisson de plafond…

V-5/ Autres utilisations

Béton pompable

Pour cela, le béton de sable doit présenter les caractéristiques suivantes : avoir une courbe

granulométrique continue, avoir une bonne cohésion et un faible ressuage, être bien plastique


Béton projeté

Grâce à sa forte cohésion qui réduit les pertes par rebond et permet des épaisseurs plus élevés,

le béton de sable peut être utilisé pour béton projeté.

etc.


CHAPITRE 3: FORMULATION DE BARON-OLLIVIER [6]

I/ Objectif

L’objectif consiste à déterminer une composition de béton répondant à des

caractéristiques précises de résistance et d’ouvrabilité à partir des principes énoncés par

Monsieur BARON.

II/ Origines de la méthode

La méthode est due à Monsieur BARON, à partir des études expérimentales qu’il a

réalisées dans les années 1970-1980 et qui ont été optimisées par la suite en utilisant les

directives de la norme NF P 18-305, remplacée par la Norme Européenne EN 206-1. Cette

méthode est développée dans un livre coécrit par Messieurs BARON et OLLIVIER « Les

BETONS, Bases et données pour leurs formulations » édité chez Eyrolles.

Les expériences ont confirmé les travaux réalisés par BOLOMEY et FAURY dont

certaines formules ont été 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 été retenus.

L’ensemble est complété par des résultats expérimentaux qui rendent la méthode aussi

abordable que la méthode de DREUX sans avoir les inconvénients de sa limitation aux seuls

bétons courants.

III/ Principe

Le problème du dosage optimal d’un béton n’est pas unique : il y a en fait deux

problèmes qui peuvent être traités indépendamment l’un de l’autre :

La définition de la pâte liante,

La définition du squelette granulaire.

III-1/La pâte liante

On démarre la formulation à partir de 2 hypothèses principales qui sont la résistance

cible et la quantité d’eau optimale efficace.

La résistance cible Rb est obtenue à partir de calcul du béton Rbk ou Rb28nécessitée par

l’ouvrage à construire. En tenant compte de la classe de résistance vraie Fce du ciment et de la

nature des granulats, on utilise la formule de BOLOMEY pour définir le rapport C/E.


L’eau efficace optimale est définie de manière simple et provisoire en fonction de la

consistance cible du béton par un tableau créé par BARON en tenant compte d’un certain

nombre de corrections relatives à la dimension D du gravier utilisé (dimension du plus petit

tamis qui laisse passer la totalité des composants du béton) et à la température du coulage du

béton.

A partir de ces valeurs on peut donc déterminer le dosage en ciment. Les corrections

sont apportées à partir d’une gâchée d’essai.

III-2/Le squelette granulaire

Le squelette granulaire retenu par BARON est très proche de celui obtenu par DREUX,

avec cependant une approche et une définition plus simple. Cette méthode a été retenue non

pas pour son fondement scientifique, mais parce que ses résultats ont donné satisfaction au

cours des 25 dernières années.

IV/ Hypothèses

Les hypothèses de départ sont les suivantes : la consistance du béton, son milieu

d’utilisation et sa résistance escomptées, la qualité et la nature des granulats, leur

granulométrie et leur masse volumique, la nature et la classe de résistance du ciment utilisé.

IV-1/Hypothèses sur le béton

La nature de l’utilisation du béton (béton non armé, BA ou BP)

Le milieu de l’utilisation doit être précisé parmi les sites répertoriés dans la norme EN

206-1.

La résistance nécessaire pour l’ouvrage à réaliser.

La consistance du béton est en fait déterminée par l’affaissement requis au cône

d’Abrams.

On précisera de plus si le béton est utilisé à la pompe ou non.

IV-2/Hypothèse sur les granulats

On doit connaitre leur nature physique : s’ils sont concassés ou bien roulés.

Il est nécessaire de connaitre leurs caractéristiques physiques : courbe granulaire,

masse volumique absolue.


On complètera éventuellement cette connaissance par le coefficient d’absorption et le

coefficient de propreté superficielle (indispensable pour la formulation avancée :

B.H.P).

IV-3/Hypothèses sur le ciment

On doit connaitre le type de ciment utilisé.

Il est nécessaire de connaitre la classe de résistance vraie du ciment, notée FCE.

On peut éventuellement préciser le dosage minimum prévu au CCTP, s’il est connu.

IV-4/ Abaques et tableaux

Il est enfin indispensable d’avoir à disposition les tableaux reproduits en annexe afin de

pouvoir consulter en suivant le mode opératoire.

V/ Mode opératoire

Nous allons nous contenter d’étudier la formulation de base. La formulation avancée

permettant de calculer des BHP et THP.

V-1/La pâte liante

Déterminer la résistance cible Rb ;

Déterminer la quantité optimale d’eau efficace E, en appliquant si nécessaire les

corrections ;

Déterminer la quantité optimale d’air occlus Va en appliquant si nécessaire les

corrections ;

Déterminer le coefficient granulaire de BOLOMEY : Kb

Déterminer le coefficient Kv : Kv=E/(E+ Va)

Calculer le rapport C/Epar la formule de BOLOMEY.

Déterminer le dosage en ciment : C1.

Cette valeur est comparée au dosage C2 prévu au CCTP (s’il existe) et au dosage

minimum C3 imposée par la norme EN 206-1.

La valeur retenue C est la valeur maximale : C= max[C1 ;C2 ;C3]


V-2/Le squelette granulaire

A partir des courbes granulométriques, déterminer la courbe optimale définie par

trois points :

Point O origine de la courbe : Xo = mod(0.063 mm) = 19 ; Yo = 0%

Point B extrémité de la courbe : XB = mod (D) ; YB = 100%

Point de brisure A : XA = mod (D/2) ; YA = 50-√ +K

Où K prend l’une de ces valeurs :

o 0% bétons non armés et granulats roulés ;

o 3% si les granulats sont concassés ;

o 5% pour de bétons armés où le ferraillage < 80kg/m3

;

o 10% bétons pompables ou BA avec ferraillages >80kg/m3.

Déterminer les pourcentages de sable et de gravier de la manière suivante :

Soit un sable d1/d2 et un gravier d3/d4, on définit graphiquement la droite de

partage des deux matériaux en reliant : le point Ys=95% de la courbe du

sable d1/d2 au point YG = 5% de la courbe du gravier d3/d4.

On lit l’ordonnée du point d’intersection de la droite de partage et de la courbe

optimale sur l’axe des tamisas. On obtient :

o Dans la partie inférieure, le pourcentage de sable d1/d2: S%

o Dans la partie supérieure, le pourcentage de gravier d3/d4: G%

V-3/Composition du béton

Calculer le volume absolu de la pâte liante : Vc+VE+VA

Calculer le volume absolu des granulats secs : Vgranulats = 1000-(Vc+VE+VA)

Calculer le volume absolu de chaque granulat:

V absolu sable = V granulats* S%

V absolu gravier = V granulats* G%

En déduire la masse de chaque granulat:

M sable = M vol. absolu sable* V absolu sable

M gravier = M vol. absolu gravier* V absolu gravier

Récapituler l’ensemble dans un tableau et calculer la masse d’un m3 de béton en place.


VI/Résultats

Comme pour toutes les autres compositions, le résultat obtenu doit être vérifié par une

gâchée d’essai afin d’améliorer le dosage en eau et de contrôler la masse volumique du béton.

DONNEES ET FORMULES DE BASE

1. Détermination de D :

Le diamètre maximal adopté est défini sur la courbe granulométrique du plus gros granulat

(NF P 18 541) :

Tamis D’ : Passant ≥ 99% (D' = 1.58 D)

Tamis D : 80-85% ≤ Passant < 99%

2. Détermination de la résistance visée Rb :

Elle est en fonction de la résistance désirée :

Si on ne dispose pas d’information sur la fabrication :

o Rb = Rbk + 5 MPa ; si Rbk ≤ 25 MPa

o Rb = Rbk + 6 MPa ; si Rbk> 25 MPa

Si le matériel de fabrication est régulé :

o Rb = Rbk + 3 MPa ; si Rbk ≤ 25 MPa

o Rb = Rbk + 4 MPa ; si Rbk> 25 MPa

3. Dosage en eau et volume d’air

Tableau11: Dosage en eau et volume d’air en fonction de l’affaissement et de la

consistance désirés

Consistance A [cm] Eau (E) [L/m3] Air (a) [L/m

3]

Ferme 0-4 160 25

Plastique 5-9 190 20

Très plastique 10-15 210 15

Si on emploie des granulats de concassage, ces valeurs sont majorées de 10 à 15%.


Si D est différent de 20 mm, il faut corriger E et A par les coefficients multiplicateurs

suivants :

Tableau 12: Valeur du coefficient multiplicateur en fonction du diamètre maximal des

granulats

D (mm) 4 8 16 20 25 40 80

Coefficient multiplicateur 1.25 1.18 1.05 1 0.95 0.87 0.78

4. Relation de BOLOMEY

Rb = Kb* Fce [Kv (C/E) – 0.5]

Avec Kv = E/(E+Va)

Rb = Kb* Fce [C/(E+Va)- 0.5]

Kb est appelé coefficient granulaire. Les valeurs estimées sont :

Tableau 13: Valeur du Kb en fonction de la nature des granulats

Valeurs estimées de Kb

Nature des granulats D (mm)

10 à16 30 à 40

Siliceux, légèrement altérés 0.45 0.50 0.55

Siliceux, roulés 0.50 0.55 0.60

Calcaires, durs 0.55 0.60 0.65

Classe vraie du ciment

Tableau 14: Valeur de Fce pour chaque classe de résistance

Valeurs estimées de Fce

Classe de résistance 32.5 42.5 52.5

Fce (MPa) 45 55 65


5. Dosages optimal des fines

Dans la méthode avancée de Baron, il est préconisé d’utiliser des fines d’ajout et des

adjuvants (généralement plastifiants et superplastifiants). Les fines du béton sont constituées

par le ciment et les fillers de diamètre au moins équivalent à celui du ciment :

Détermination du volume des fines VF :

VF = (C/yc) + (F/yF)

Avec :

C dosage en ciment (Kg/m3) de masse spécifique yc ;

F dosage des fillers (Kg/m3) de masse spécifique yF.

6. Courbe de référence

Tableau 15: Caractéristiques de la courbe de référence

Point Abscisse (tamis) d [mm] Ordonnée (passant cumulé [%])

O 0.063 (mod 19) 0

A mod (D/2) 50-√ + termes correctifs

B Mod(D) 100

Termes correctifs de YA:

Majoration de 3% pour granulats concassés ;

Majoration de 5% pour les bétons armés où le ferraillage est ≤ 80 Kg/m3 ;

Majoration de 10% pour un ferraillage > 80Kg/m3 ou pour un béton pompable.


DEUXIEME PARTIE

ETUDES EXPERIMENTALES


Introduction

Le béton est un mélange dont la composition a une profonde influence sur ses

caractéristiques ; mais si les caractéristiques attendues sont la plupart du temps bien définies,

la mise au point du béton approprié peut s’avérer difficile. Il y aura donc beaucoup de

paramètres qu’on doit tenir en compte, à savoir :

Les données du projet : caractéristiques mécaniques, dimensions de l’ouvrage,

ferraillage…

Les données du chantier : matériels de mise en œuvre, conditions climatiques et

environnementales,…

Les données liées aux propriétés du béton : maniabilité, compacité, durabilité,

aspect…

On mesure donc l’importance de l’étude de la composition du béton, d’autant plus

nécessaire que les caractéristiques requises sont élevées.

Et nous allons définir au préalable les différentes mesures à prendre compte tenu des

conditions d’exposition de l’ouvrage et les différentes techniques d’essai au laboratoire.


CHAPITRE 1: DESTINATION DE L’OUVRAGE ET MATIERES PREMIERES

I/ Destination de l’ouvrage [7]

I-1/ Conditions climatiques

I-1-1/ Bétonnage par temps froid

Par temps froid, on entend une période d’un minimum de 3 jours consécutifs où la

température descend au-dessous de 5 degrés. Et là, il y a donc des précautions particulières.

Le problème de gel

La diminution de la température va retarder la prise et le durcissement du béton.

Plusieurs cas sont donc à envisager :

Le béton n’a pas fait sa prise : le gel n’est pas dangereux, mais il faut revibrer le béton

au dégel pour lui donner sa compacité initiale. Les performances du béton revibré ne

sont pas modifiées ;

Le béton pendant sa prise : dans ce cas l’action du gel est néfaste. Le béton est

inutilisable. Il faut démolir les ouvrages car le béton devient poreux avec une cohésion

amoindrie et une résistance mécanique nettement affaiblie ;

Le béton après la prise : dans ce cas les conséquences sont moins néfastes à condition

qu’au moment du gel, le béton ait une teneur en eau faible, une résistance supérieure à

5 MPa et une température à peu près uniforme entre les divers endroits de l’ouvrage.

Même après plusieurs mois le béton peut être attaqué par la succession du gel et du

dégel, surtout s’il n’est pas compact, étanche et homogène.

Choix d’un ciment

Les ciments utilisés pour bétonner par temps froid devront être ceux qui sont à forte

chaleur d’hydratation :

CEM I 42.5

CEM I 52.5 et 52.5R

CEM II/A52 ET 52.5R

Ciment Alumineux CA

Ciment Prompt Naturel CNP


Les ciments CEMIII/B, CEMV/A et CLK-CEMIII/C

Choix des granulats

Les granulats sont choisis dans des qualités non gélives, non poreuses et résistantes. Ils

doivent être propres et ne comportent pas des parties gelées.

Choix des adjuvants

Les adjuvants sont indispensables pour le bétonnage par temps froid. On emploie donc :

Des plastifiants réducteurs d’eau ;

Des entraîneurs d’air ;

Des accélérateurs de prise et de durcissement.

I-1-2/ bétonnage par temps chaud

On désigne par temps chaud une température supérieure à 25 degrés.

Effets de la chaleur

La chaleur diminue l’ouvrabilité du béton. Pour conserver l’ouvrabilité, on est obligé

d’ajouter de l’eau au béton. Pour une élévation de température de 10 degrés, on compte en

général 10 litres d’eau supplémentaire par m3 de béton.

Le béton perd donc de sa résistance dans des proportions de 5 à 8%. D’autre part, la

chaleur accélère la prise. Une évaporation trop rapide de l’eau à la surface du béton risque de

provoquer des fissurations ainsi qu’une diminution de la résistance superficielle du béton et

une augmentation de la porosité.

Choix d’un ciment

Pour le bétonnage par temps chaud, l’utilisation de ciment à faible chaleur d’hydratation

est souhaitable :

CEM I 42.5

CEM II/A ou B 32.5 et 42.5

CEM III/A ou B 32.5 ou 42.5

Les ciments qui ont le sous classes R sont à éviter.


Les ciments à usages tropicale :

CEM II/A et B 42.5 UT

CEM IV/B 22.5 UT

Choix des granulats

L’utilisation de granulats non poreux propres et entreposés à l’abri des rayons solaires.

Choix des adjuvants

L’utilisation des adjuvants suivants est fortement recommandée :

Réducteurs d’eau

Fluidifiants

Rétenteurs d’eau

Retardateurs de prise

Remarque : l’utilisation d’une eau propre et fraîche est conseillée (on peut remplacer

une partie de l’eau par de la glace pilée).

I-2/ Conditions environnementales

L’environnement où se situera le béton, influe grandement sur les caractéristiques du

béton de sable surtout sur sa longévité. Il faut donc que cet environnement soit neutre et ne

présente aucun risque sur la durabilité du béton, ou au contraire présenter différents types

d’agressions nécessitant des précautions concernant le choix des matériaux, donc du ciment,

et des protections complémentaires éventuelles.

Cet environnement agressif peut être :

Gazeux

Auquel cas, l’agressivité dépend de l’humidité relative ambiante, de la pression, de la

température, du renouvellement des gaz dans le milieu…

Liquide

Auquel cas, la concentration de l’agent agressif, la viscosité de la solution obtenue, la

présence de bactéries, ou de certaines algues sont à prendre en considération.


Solide

Cas des produits stockés qui agissent par dissolution ou par extraction.

Les classements environnementaux suivant le degré d’agressivité, tant physique que

chimique, qui permettent de prendre les dispositions nécessaires pour assurer la pérennité des

bétons constitutifs d’un ouvrage se trouve en annexe.

II/ Caractéristiques des matières premières [11]

II-1/ Les granulats

II-1-1/ Le sable

Teneur en eau naturelle ω1

On sèche les matériaux dans une étuve à 105 °C jusqu’à l’obtention d’un poids constant.

Soit po le poids initial et soit p1 son poids exempt de toute eau d’adsorption :

ω1 = 100 * (po - p1)

Densités

Masse volumique apparente ρ

C’est le poids de l’unité de volume du matériau, vides entre les grains inclus. Sa

détermination consiste à:

Remplir un récipient taré de 1L avec le matériau versé en filet continu avec un

entonnoir

Raser la surface en évitant de tasser

Peser le tout

Masse volumique absolue ɤ

C’est le poids d’une quantité de matériau tel que le volume réellement occupé par la

matière solide est égal à l’unité.


Densités

La densité apparente est le rapport de la masse volumique apparente du matériau

sur la masse volumique apparente de l’eau.

dapp = ρ/ρeau

La densité absolue est le rapport de la masse volumique absolue du matériau sur la

masse volumique absolue de l’eau.

dabs = ɤ/ɤeau

Equivalent de sable

L’équivalent de sable est un indicateur, utilisé en géotechnique, caractérisant la propreté

d’un sable. Il indique la teneur en éléments fins, d’origine essentiellement argileuse, végétale

ou organique à la surface des grains. Ce terme désigne également l’essai qui permet de

déterminer cet indicateur et on parle d’ « essai d’équivalent de sable piston » ou plus

simplement, d’ « équivalent de sable ».

L’essai est effectué avec 120g d’échantillon. On lave cet échantillon par une solution lavante

capable de floculer les éléments fins selon un processus normalisé et on laisse reposer le tout.

Au bout de 20 min, on mesure les éléments suivants:

La hauteur h1 : sable propre + éléments fins

La hauteur h2 : sable propre seulement

On en déduit l’équivalent de sable :

ES (%) = 100*h1/h2.

On mesure h2 de deux façons, soit visuellement, noté h’2, pour déterminer l’ESV (ES

vue), soit avec un piston pour ES noté h2.


Figure 4: Appareillage permettant de mesurer l’équivalent de sable

Cette propreté de sable influe beaucoup sur les caractéristiques du béton tant à l’état frais qu’à

l’état durci.

Tableau 16 : Propreté du sable mesurée à l’aide de l’ES et ses impacts sur le béton

ESV ES Nature du sable Influence sur le béton

ES < 65 ES < 60 Sable argileux Risque de retrait ou de gonflement, à rejeter pour

des bétons de qualité

65 ≤ ES < 75

60 ≤ ES < 70

Sable

légèrement

argileux

De propreté admissible pour béton de qualité

quand on ne craint pas particulièrement le retrait

75 ≤ ES < 85

70 ≤ ES < 80

Sable propre

A faible % de fines argileuses convenant

parfaitement pour les bétons de haute qualité

ES > 85

ES > 80

Sable très propre

L’absence presque totale de fines argileuses risque

d’entraîner un défaut de plasticité du béton qu’il

faudra rattraper par un dosage en eau

II-1-2/ Gravillon

Pour le gravillon, la connaissance de son diamètre maximal est très importante. En

outre, il faut savoir aussi ses caractéristiques physico-chimique qui dépendent de ses

compostions minéralogiques.


II-2/ Eau

L’eau est un facteur très important dans la composition du béton. On presse bien

l’influence qu’il a sur la porosité du béton par les vides créés, lorsque l’eau s’élimine pour

différentes raisons (évaporation, combinaison chimique, absorption par les granulats). Avec

un rapport E/C utilisé, la moitié de l’eau de gâchage sert à l’hydratation du ciment, l’autre

moitié sert au mouillage interstitiel qui contribue à la plasticité du béton. Ce schéma est

modifié par l’emploi croissant d’adjuvants contribuant à améliorer la plasticité sans nécessiter

une présence d’eau en excès, nuisible aux caractéristiques finales du béton durci.

Toutes ces raisons soulignent la difficulté de la détermination du dosage en eau, qu’on a

tendance à approcher par exemple en le déduisant de l’expression E/C précédemment adoptée

et en l’affinant grâce à des essais pratiqués dans les conditions du chantier, qui ont le mérite

d’intégrer des paramètres difficiles à quantifier.

Pour cette étude, le dosage en eau sera inspiré de la formulation de Baron-Ollivier que

nous allons trouver après.

II-3/ Ciment

Pour bien comprendre le caractère primordial du dosage en ciment, il faut rappeler que

le ciment remplit deux fonctions essentielles dans le béton :

La fonction liant : elle est déterminante dans la résistance du béton, qui dépend de la

nature du ciment, de sa propre résistance et de l’évolution de son durcissement.

La fonction filler : le ciment complète la courbe granulométrique du béton dans les

éléments fins. Il faut noter que le développement dans le temps des hydrates du ciment

colmate progressivement les capillaires, contribue à diminuer la porosité d’ensemble

du béton et améliore notablement sa durabilité.

Comme précédent, nous verrons après le dosage en ciment selon la formulation étudiée.

II-4/ Fines d’ajouts

Pour améliorer les caractéristiques visées du béton ou pour répondre aux exigences

techniques du chantier tout en considérant l’environnement où l’on destine le béton, on aura

recours à l’utilisation des fines d’ajouts appropriées.


II-5/ Adjuvants

Le choix d’un adjuvant dépend de la propriété recherchée pour le béton. Il y aura, par

exemple l’accélérateur de prise, plastifiant, entraîneur d’air, etc….Compte tenu de la diversité

des produits disponibles, on se conformera aux prescriptions du fabricant pour leur emploi et

leur dosage, et on vérifiera leur compatibilité avec le ciment.

III/ Analyse granulométrique

III-1/ Quelques définitions

On appelle analyse granulométrique l’opération permettant de déterminer :

La granulométrie : c’est-à-dire la détermination de la grandeur des grains ;

La granularité : c’est-à-dire la répartition dimensionnelle des grains dans un granulat.

Echantillonnage global :

C’est la quantité totale de matériau représentatif du matériau et prélevée au hasard dans

le stock de granulats.

Quartage :

Il consiste à diviser en quatre parties égales un échantillon. On ne retient ensuite que la

moitié en réunissant deux quarts opposés. On répète l’opération au moins 3 fois.

Le but est d’homogénéiser et d’assurer la représentativité de l’échantillon.

Echantillon :

C’est la quantité de matériau nécessaire à l’essai.

III-2/ Principe de l’essai

Préparer l’échantillon et passer aux procédés suivants :

Le lavage

Séchage de la prise d’essai à 105°C jusqu’à une masse constante puis pesée.

Soit M1 cette masse.

Tamisage par lavage afin de séparer les éléments de dimension inférieure à

80μ du reste de l’échantillon. Cette opération est réalisée après une période de

trempage de 24 heures afin de favoriser la séparation de l’ensemble des grains.


Séchage à 105°C de l’échantillon ainsi préparé est séché à 105°C.

Refroidissement, ensuite tamisage jusqu’à une masse constante M2.

Le tamisage

Le tamisage consiste à :

Verser le matériau lavé et séché dans la colonne de tamis. Cette colonne est

constituée par l’emboitement des tamis, en les classant de haut en bas dans l’ordre

de mailles décroissantes.

Agiter manuellement cette colonne, puis reprendre un à un les tamis en

commençant par celui qui a la plus grande ouverture en adaptant au fond.

Agiter chaque tamis repris en donnant à la main des coups réguliers sur la

monture.

Un tamisage est généralement considéré comme terminé lorsque le refus sur un

tamis ne se modifie pas de plus de 1% en une minute de tamisage.

Verser le tamisât recueilli dans le fond sur le tamis immédiatement inférieur.

La pesée

Elle consiste à :

Peser le refus du tamis ayant la plus grande maille, soit R1 cette masse.

Reprendre la même opération avec le tamis immédiatement inférieur ; ajouter le

refus obtenu à R1 et peser l’ensemble, soit R2 la masse des deux refus cumulés.

Poursuivre la même opération avec tous les tamis de la colonne pour obtenir les

masses des différents refus cumulés R3, R4,…, Ri,..., Rn.

Peser s’il en est, le tamisât du dernier tamis, soit Tn sa masse.

Expression des résultats

Chaque analyse granulométrique doit vérifier la relation suivante pour être valable :

*100 ≤ 2%

Où M2 : masse de l’échantillon après lavage exprimée en g ;

Rn : somme des différents refus partiels ou refus cumulés au dernier tamis exprimé en g ;

Tn : masse du tamisât du dernier tamis exprimée en g.


III-3/ Equipements nécessaires

Des tamis dont les ouvertures carrées sont de dimensions normalisées,

Une balance permettant de mesurer au gramme près,

Une étuve ventilée réglée à 105°C,

Un dispositif de lavage.

III-4/ Calcul du module de finesse

Le module de finesse est un coefficient permettant de caractériser l’importance des

éléments fins dans un granulat. Il est d’autant plus petit que le granulat est riche en éléments

fins.

Norme Française NFP 18-540

Il s’agit de calculer la somme des refus cumulés en pourcentage pondéral ramené à

l’unité au tamis de : 0.16-0.315-0.63-1.25-2.5-5 (mm)

MF =

∑

Un bon sable a un module de finesse MF tel que : 1.8 ≤ MF ≤ 3.2

Norme Européenne EN 12620

Le module de finesse est égal au 1/100 de la somme des refus cumulés exprimée en

pourcentages sur les tamis de la série suivante : 0.125-0.25-0.5-1-2-4 (mm)

FM =

∑

IV/ Essai et contrôle sur le béton [10]

IV-1/ Béton frais

Malaxage

C’est la manière de mélanger les constituants du béton pour obtenir une composition

très homogène. Il se déroule comme suit : on malaxe en premier temps les granulats et

le liant et en deuxième temps on y ajoute de l’eau et on continue le malaxage.

Le slump test ou l’essai au cône d’Abrams

Il permet de déterminer la consistance du béton et aussi d’apporter des corrections en

eau si nécessaire suivant la nature du béton désirée (ferme, plastique, fluide).


Il consiste à introduire en trois couches du béton bien malaxé dans le cône placé sur

une plaquette plane. Chaque couche est piquée de 25 coups. On remonte le cône après

et on mesure l’affaissement.

Figure 5 : Exécution de l’essai au cône d’Abrams

Après le slump test, on procèdera à la confection des éprouvettes c’est-à-dire le

remplissage des moules par le béton. Pour cela, nous utilisons le piquage comme mode

de serrage et ensuite on conserve ces éprouvettes dans une chambre froide.

Cure du béton

Après 24h, on passe au démoulage et on immerge totalement le béton dans l’eau à

20°C afin de réduire le phénomène de retrait et d’éviter la fissuration du béton.

IV-2/ Béton durci : mesure de la résistance à la compression du béton

L’écrasement du béton se fait à 7 et 28 jours d’âge. Le principe est le suivant : on fait

subir au béton une force de pression jusqu’à sa rupture ; on lit l’indication de l’aiguille sur

l’appareil et on divise la valeur trouvée par la section de l’éprouvette et on aura enfin la valeur

de la résistance à la compression du béton donnée en MPa. Chaque essai de compression est

précédé d’un surfaçage qui consiste à rendre plane la surface où l’on fait subir la force pour

que cette dernière soit bien repartie.

V/ Détermination des dosages de chaque constituant du béton selon Baron

Dans ce paragraphe nous allons rappeler les formules et données de base qu’on a déjà

énumérée dans le chapitre Formulation de Baron-Ollivier précédent:


a. Identifier les données de base

Résistance souhaitée

Résistance visée

Consistance

Affaissement

Type de ciment utilisé

Mode de serrage

b. Donner les caractéristiques des matières premières

c. Déterminer le diamètre maximal des granulats

Tamis D’ : Passant ≥ 99% (D’ = 1.58D)

Tamis D : 80-85% ≤ Passant < 99%

d. Déterminer la résistance visée

Elle est fonction de la résistance désirée.

Si on ne dispose pas d’information sur la fabrication :

Rb = Rbk + 5 MPa ; si Rbk ≤ 25 MPa

Rb = Rbk + 6 MPa ; si Rbk> 25 MPa

Si le matériel de fabrication est régulé :

Rb = Rbk + 3 MPa ; si Rbk ≤ 25 MPa

Rb = Rbk + 4 MPa ; si Rbk> 25 MPa

e. Déterminer le coefficient granulaire Kb

Tableau 17 : Valeurs estimées de Kb en fonction de la nature des granulats

Valeurs estimées de Kb

Nature des granulats D (mm)

10 à16 20 à 25 30 à 40

Siliceux, légèrement altérés 0.45 0.50 0.55

Siliceux, roulés 0.50 0.55 0.60

Calcaires, durs 0.55 0.60 0.65


f. Déterminer les dosages en eau et en air occlus en apportant les corrections

nécessaires en fonction de la nature des granulats et du diamètre maximal

Tableau 18 : Dosage en eau et volume d’air occlus suivant la consistance

Consistance A [cm] Eau (E) [L/m3] Air (a) [L/m

3]

Ferme 0-4 160 25

Plastique 5-9 190 20

Très plastique 10-15 210 15

Si on emploie des granulats de concassage, ces valeurs sont majorées de 10 à 15% dont

10% si on emploie du sable roulé et des gravillons concassés, 15% si les deux sont tous

concassés.

Si D est différent de 20 mm, il faut corriger E et A par les coefficients multiplicateurs

suivants :

Tableau 19 : Coefficient multiplicateur en fonction du diamètre maximal des granulats

D (mm) 4 8 16 20 25 40 80

Coefficient multiplicateur 1.25 1.18 1.05 1 0.95 0.87 0.78

g. Déterminer le dosage en ciment par la relation de Bolomey

Rb = Kb* Fce [C/(E+Va)- 0.5]

h. Déterminer les proportions des granulats en utilisant la courbe de référence

de Baron et en déduire les dosages en volume et en masse des granulats

Tableau 20 : Caractéristiques de la courbe de référence de Baron

Point Abscisse (tamis) d [mm] Ordonnée (passant cumulé [%])

O 0.063 (mod 19) 0

A mod (D/2) 50-√ + termes correctifs

B D 100

Termes correctifs de YA:

Majoration de 3% pour granulats concassés ;

Majoration de 5% pour les bétons armés où le ferraillage est ≤ 80 Kg/m3 ;

Majoration de 10% pour un ferraillage > 80Kg/m3 ou pour un béton pompable.


i. Déterminer les dosages en fines d’ajouts

j. Dresser un tableau de récapitulation

VI/ Correction

Si les résultats obtenus pendant les réalisations sont différents de ceux donnés par la

théorie, on peut apporter des corrections pour arriver aux bons résultats.

Ajustement au m3 du béton

Pendant la confection des éprouvettes, on mesure la densité réelle ∆ du béton frais et on

la compare à celle de la théorie ∆0 qui est égale à ∆0 = E + C + S (+ G pour le béton de sable

chargé).

Si la différence entre elle est petite, alors les formules donnent les dosages à peu

près exactes pour un mètre cube de béton

Si ∆ - ∆0< 0, la théorie donne un peu plus d’un mètre cube de béton

Si ∆ - ∆0> 0, la théorie donne un peu moins d’un mètre cube de béton

Dans les deux derniers cas, une correction sera nécessaire sur les masses des granulats.

Pour cela,

Soient x = | |, S’ le nouveau dosage en sable, G’ le nouveau dosage en

gravillon ;

∆s =

et ∆G =

Si ∆ - ∆0< 0,

S’ = S - ∆s et

G’ = G - ∆G

Si ∆ - ∆0> 0,

S’ = S + ∆s et

G’ = G + ∆G

Pour le béton de sable non chargé, il suffit de retrancher ou d’ajouter ∆s à S.

On récapitule après les nouveaux dosages pour un mètre cube de béton avec S’ et G’

dans un tableau.

Correction de la consistance

Si l’affaissement mesuré est inférieur à celui attendu dans la théorie, on augmente l’eau

de gâchage. Dans le cas contraire, on fait diminuer l’eau de gâchage.


CHAPITRE 2: CARACTERISATION DES MATIERES PREMIERES

I/ Sable

I-1/ Sable de rivière noté : Sr

I-1-1/ Nature et provenance

Nous utilisons le sable de rivière extrait de la rivière d’Ikopa à Ankadimbahoaka dont

les caractéristiques sont les suivantes :

ρ = 1.4 T/m3

ɤ = 2.68T/m3

MF = 3.5

ES = 68

I-1-2/ Analyse granulométrique

Voici les résultats de l’analyse granulométrique :

Tableau 21 : Analyse granulométrique du sable de rivière

Caractéristiques des tamis Passants cumulés (%) Refus cumulés (%)

Maille (mm) Module

6.3 39 97.52 2.48

5 38 95.18 4.82

4 37 92.1 7.9

3.15 36 89.9 10.1

2 34 81.6 18.4

1 31 52.64 47.36

0.5 28 19.86 80.14

0.315 26 7.16 92.84

0.2 24 3.4 96.6

0.125 22 1.6 98.4

0.08 20 0.9 99.1


Figure 6: Courbe granulométrique de Sr

I-2/ Sable de carrière noté : Sc

I-2-1/ Nature et provenance

Nous utilisons le sable de carrière provenant de la carrière d’Ambatomaro dont les

caractéristiques sont les suivantes :

ρ = 1.44 T/m3

ɤ = 2.68 T/m3

MF = 2.8

ES = 75

I-2-2/ Analyse granulométrique

Voici les résultats de l’analyse granulométrique :

Tableau 22 : Analyse granulométrique du sable de carrière

Caractéristiques des tamis Passants cumulés (%) Refus cumulés (%)

Maille (mm) Module

6.3 39 99.98 0.02

5 38 99.97 0.03

4 37 98.71 1.29

0

20

40

60

80

100

120

20 22 24 26 28 31 34 36 37 38 39

Pas

san

ts c

um

ulé

s (%

)

Module des tamis

Courbe granulométrique de Sr


3.15 36 93.56 6.44

2 34 80.5 19.5

1 31 61.84 38.16

0.5 28 41.04 58.96

0.315 26 26.47 73.53

0.2 24 17.62 82.38

0.125 22 6.68 93.32

0.08 20 3.74 96.26

Et on a la courbe granulométrique de Sc :

Figure 7 : Courbe granulométrique de Sc

II/ Gravillon

II-1/ Nature et provenance

Nous utilisons les gravillons provenant de la carrière d’Ambatomaro dont ci-dessous ses

caractéristiques :

ρ = 1.38 T/m3

ɤ = 2.69 T/m3

Classe granulaire : 9/15

Ce sont des granites concassées qui sont inertes et non gélifs.

0

20

40

60

80

100

120

20 22 24 26 28 31 34 36 37 38 39

Pas

san

ts c

um

ulé

s (%

)

Module des tamis

Courbe granulométrique de Sc


II-2/ Analyse granulométrique

Voici le résultat de l’analyse granulométrique effectué sur le gravillon :

Tableau 23 : Analyse granulométrique du gravillon

Caractéristiques des passoires Passants cumulés

(%)

Refus cumulés (%) Maille (mm) Module

20 43 99.6 0.4

16 42 94.3 5.7

12.5 41 52.8 47.2

10 40 13.9 86.1

8 39 2.4 97.6

6.3 38 1.2 98.8

5 37 0.6 99.4

4 36 0.1 99.9

Voici la courbe y correspondante :

Figure 8: Courbe granulométrique du gravillon

0

20

40

60

80

100

120

36 37 38 39 40 41 42 43

Pas

san

ts c

um

ulé

s (%

)

Module des passoires

Courbe granulométrique dugravillon


III/ Eau

Nous utilisons l’eau de la JIRAMA dont ci-dessous ses caractéristiques :

Tableau 24 : Caractéristiques de l’eau de la JIRAMA

Constituants Caractéristiques

Insolubles (%) 0

Matières dissoutes (%) 0.0034 à 0.005

Carbonates + bicarbonates alcalins (%) 0.0028

Sulfates en SO3 (%) 0

Sulfites en S (%) 0

Sucres (%) 0

P2O5 (%) 0

NO3 0

Zinc (%) 0

Acidité en pH 7.2 à 8.5

Acidité humique Aucune coloration brunâtre

Chlorure (mg/L) 3.55 à 8.87

Ions-soufre (%) 0

IV/ Ciment

Type : CEM IV/B 32.5 N

Classe vraie FCE = 45 MPa

Poids spécifique = 2.93

V/ Fines d’ajout

Nous utilisons la dolomie dont ses caractéristiques sont représentées par le tableau suivant:


Tableau 25 : Caractéristiques des fines d’ajout

Formule : CaMg(CO3)2

Caractéristiques physiques

Aspect Poudre fine

Couleur blanche

Densité 2.7

Composition chimique

Constituants Pourcentage (%)

SiO2 0.1

Fe2O3 15.6

TiO2 0.2

MgO 22.6

CaO 30.8

pH 9-9.2

VI/ Adjuvant

Nous utilisons le Pozzolith 390N pour l’adjuvant. Les caractéristiques sont figurés dans

le tableau suivant :

Tableau : Caractéristiques de l’adjuvant

Nature Couleur Action Densité pH Teneur en

chlorure Dosage

Point de

congélation

Liquide Brun-

foncé

Plastifiant-

réducteur d’eau 1.21 11.5 < 1g/L

1% poids

du ciment -2°C


CHAPITRE 3 : ESSAI DE FABRICATION

I/ Matériels

Pour les moules, nous concevons des éprouvettes cylindriques de hauteur h = 12 cm et

de diamètre d = 6 cm.

Pour les différents essais et analyses, nous avons utilisé les matériels du laboratoire du

génie chimique de Vontovorona et du LNTPB.

II/ Calcul des dosages de chaque constituant et composition

Données de base :

Résistance désirée : Rb28 = 15 MPa

Consistance : Plastique

Affaissement : A = 7 cm

Mode de serrage: piquage

Ciment utilisé : CEM IV/B 32.5 ; Fce = 45 MPa

Résistance visée : Rbk = 15 MPa ≤ 25MPa

D’où Rb = 20 MPa

Et considérons que l’ouvrage n’est pas armé.

Pour mieux aborder notre thème, nous divisons notre étude expérimentale en 5 séries d’essai à

savoir :

La première série d’essai qui n’utilise que les deux variétés de sables pour saisir les

effets des constituants de base;

La 2ème

série d’essai : puisque notre sable est un peu grossier, nous essayons donc

d’introduire des fines d’ajout ;

La 3ème

série d’essai, là nous allons utiliser des fines et de l’adjuvant pour voir l’action

combinée de ces deux additifs ;

La 4ème

série d’essai : là nous allons combiner les 2 variétés de sable mais avec le Sr <

2mm dont 70% de Sr et 30% de Sc.

La 5ème

série d’essai pour le béton de sable chargé avec un rapport G/S = 1/3.


II-1/ Calcul des dosages

Pour les quatre premières séries d’essai qui suivent, nous allons raisonner à partir du

tableau de Baron-Ollivier pour trouver les valeurs des coefficients granulaires Kb et nous

allons prendre Kb = 0.45 pour le sable de rivière et Kb = 0.40 pour le sable de carrière.

II-1-1/ Première série d’essai

Essai n°1 : Sable de rivière, réf : Sr

Dosage en eau E et volume d’air occlus Va

Nous avons trouvé D = 6 mm et A = 7 cm E = 190 L/m3

Va = 20 L/m3

Correction suivant D, on a E = 190*1.20 E = 228 L/m3

Va = 20*1.20 Va = 24 L/m3

Dosage en ciment C

Rb = Kb*Fce [C/(E+Va) – 0.5]

C = (E+Va)[Rb/(Kb*Fce) + 0.5]

Or Kb = 0.45, d’où C = 375 kg/m3

Dosage en sable S

VG = VS = 1000-[E+Va+Vc] avec VG : volume des granulats et Vc = C/ɤc

D’où VS = 620 L/m3 soit S = 1661.6 kg/m

3

Voici le tableau qui résume tous ces constituants :

Tableau 26 : Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le Sr

S (kg/m3) C (kg/m

3) E (kg/m

3) ∆0 (kg/m

3)

1661.6 375 228 2264.6

Remarque : pendant l’essai, nous avons ajouté un peu d’eau de quantité 8.24 kg/m3,

soit 0.37%.


Essai n°2 : Sable de carrière, réf : Sc


Nous avons trouvé D = 4 mm et A = 7 cm E = 190 L/m3

Va = 20 L/m3

-Correction suivant la nature du granulat

On a : E = 190*1.1 et Va = 20*1.1

E = 209L/m3

et

Va = 22 L/m3

-Correction suivant D, on a E = 209*1.25 E = 261.25 L/m3

Va = 22*1.25 Va = 27.5 L/m3

Dosage en ciment C

Rb = Kb*Fce [C/(E+Va) – 0.5]

C = (E+Va)[Rb/(Kb*Fce) + 0.5]

Or Kb = 0.40, d’où C = 465 kg/m3

Dosage en sable S

VG = VS = 1000-[E+Va+Vc] avec VG : volume des granulats et Vc = C/ɤc

D’où VS = 552.5 L/m3 soit S = 1480.7 kg/m

3

Tableau 27 : Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le Sc

S (kg/m3) C (kg/m

3) E (kg/m

3) ∆0(kg/m

3)

1480.7 465 261.25 2206.95

II-1-2/ Deuxième série d’essai

Nous reprenons cette première série d’essai et nous allons remplacer certaines quantités

de ciment par des fines.


Essai n°1 : Sable de rivière + fillers dolomie, réf : Srf


On a E = 190*1.20 E = 228 L/m3

Va = 20*1.20 Va = 24 L/m3

Dosage en ciment C et en fillers F

Nous avons le dosage maximal en fines qui est égal à C et nous utilisons F = 20%fines

D’où F = 0.2* 375

F = 75 kg/m3

Et le dosage en ciment devient C = 375 – 75

C = 300 kg/m3

Dosage en sable S

VG = VS = 1000-[E+Va+Vc+VF] avec VG : volume des granulats, Vc = C/ɤc et VF = F/ɤF


3

Tableau 28 : Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le Srf

S (kg/m3) C (kg/m

3) F (kg/m

3) E (kg/m

3) ∆0(kg/m

3)

1655.7 300 75 228 2258.7

Essai n°2 : Sable de carrière + fillers dolomie, réf : Scf


On a E = 261.25 L/m3

et

Va = 27.5 L/m3

Dosage en ciment C et en fillers F

Nous avons le dosage maximal en fines qui est égal à C et nous utilisons F = 20%fines

D’où F = 0.2* 465

F = 93 kg/m3


Et le dosage en ciment devient C = 465 – 93

C = 372 kg/m3

Dosage en sable S

VG = VS = 1000-[E+Va+Vc+VF] avec VG : volume des granulats, Vc = C/ɤc et VF = F/ɤF


3

Tableau 29 : Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le Scf

S (kg/m3) C (kg/m

3) F (kg/m

3) E (kg/m

3) ∆0(kg/m

3)

1473.7 372 93 261.25 2199.95

II-1-3/ Troisième série d’essai

Nous allons reprendre la 2ème

série d’essai en gardant les dosages en fines mais en

ajoutant de l’adjuvant à un dosage de 1% du poids du ciment. Cela dans le but de saisir ses

effets sur le béton.

Essai n°1 : Sable de rivière + fillers dolomie, réf : Srfadj

Les dosages en éléments sont les mêmes que la 2ème

série d’essai sauf pour le

sable

E = 228 L/m3

Va = 24 L/m3

C = 300 kg/m3

F = 75 kg/m3

adj = 1%C adj = 3 kg/m3

Dosage sable

Vs = 1000 – [Vc + E + VF + Vadj + Va]

Vs = 615.36 L/m3

S = 1649.16 kg/m3

Tableau 30: Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le Srfadj

S (kg/m3) C (kg/m

3) F (kg/m

3) Adj(kg/m

3) E (kg/m

3) ∆0(kg/m

3)

1649.16 300 75 3 228 2255.16


Essai n°2 : Sable de carrière + fillers dolomie, réf : Scfadj

Les dosages en éléments sont les mêmes que la 2ème

série d’essai sauf pour le

sable

E = 261.25 L/m3

Va = 27.5 L/m3

C = 372 kg/m3

F = 93 kg/m3

adj = 1%C adj = 3.72 kg/m3

Dosage sable

Vs = 1000 – [Vc + E + VF + Vadj + Va]

Vs = 546.8 L/m3

S = 1465.4 kg/m3

Tableau 31 : Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le Scfadj

S (kg/m3) C (kg/m

3) F (kg/m

3) Adj(kg/m

3) E (kg/m

3) ∆0(kg/m

3)

1465.4 372 93 3.72 261.25 2195.37

Remarque : pendant le gâchage, l’eau dans le mélange diminue et la pâte devient visqueuse.

II-1-4/ Quatrième série d’essai, réf : SrSc

Dans cette série, nous procédons à un mélange de sable de rivière (avec les passants de

2.5mm) et de sable de carrière avec des pourcentages respectifs 70% et 30% et ce à partir

d’un seul essai.

Nous allons reprendre la première série d’essai avec le sable de carrière parce que nous

avons besoin d’une correction en eau.

Voici donc les dosages en chaque constituant :

E = 261.25 L/m3, Va = 27.5 L/m

3 et C = 465 kg/m

3

On a Vs = 552.5 L/m3 Vsr = 0.7*Vs = 386.75 L/m

3

Vsc = 0.3*Vs = 165.75 L/m3

D’où Sr = 1036.5 kg/m3

Sc = 444.21 kg/m3


Tableau 32 : Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le SrSc

Sr (kg/m3) Sc (kg/m

3) C (kg/m

3) E (kg/m

3) ∆0(kg/m

3)

1036.5 444.21 465 261.25 2206.96

II-1-5/ Cinquième série d’essai

Essai n°1 : Sable de rivière + gravillon, D = 15 mm, Kb=0.50, réf : SrG


A = 7cm E = 190 L/m3

et Va = 20 L/m3

-Correction suivant la nature des granulats, on a E = 190*1.1 E = 209 L/m3

Va = 20*1.1 Va = 22 L/m3

-Correction suivant D

D≠20mm donc le coefficient multiplicateur est de 1.06

D’où E = 209*1.06 E = 221.54 L/m3

Va = 22*1.06 Va = 23.32 L/m3

Dosage en ciment C

Rb = Kb*Fce [C/(E+Va) – 0.5]

C = (E+Va)[Rb/(Kb*Fce) + 0.5]

Or Kb = 0.50, d’où C = 340 kg/m3

Dosage en sable et en gravillon G/S = 1/3

VGr = 1000-[E+Va+Vc] avec VGr : volume des granulats et Vc = C/ɤc

D’où VGr = 639.1 L/m3

Or VS = 0.75* VGr VS = 479.3 L/m3

Et VG = 0.25* VGr VG = 159.8 L/m3

S = 1284.5 kg/m3

G = 430 kg/m3


Tableau 33: Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le SrG

S (kg/m3) G (kg/m

3) C (kg/m

3) E (kg/m

3) ∆0(kg/m

3)

1284.5 430 340 221.54 2276.04

Tableau 34 : Caractéristiques de la courbe de référence pour le SrG

Point Abscisse (tamis) d(mm) Ordonnée (passant cumulé

en%)

O 0.063 (mod19) 0

A 39.75 46+ terme correctif

B 42.76 100

Terme correctif :

Granulat concassé donc on prend k = 2

O (19 ; 0) ; A(39.75 ;48) ; B(42.76 ;100)

Essai n°2 : Sable de carrière + gravillon, D = 15 mm, Kb=0.45, réf : ScG


A = 7cm E = 190 L/m3

Et Va = 20 L/m3

-Correction suivant la nature des granulats, on a E = 190*1.15 E = 218.5 L/m3

Va = 20*1.15 Va = 23 L/m3

-Correction suivant D

D≠20mm donc le coefficient multiplicateur est de 1.06

D’où E = 218.5*1.06 E = 231.61 L/m3

Va = 23*1.06 Va = 24.38 L/m3

Dosage en ciment C

Rb = Kb*Fce [C/(E+Va) – 0.5]

C = (E+Va)[Rb/(Kb*Fce) + 0.5]

Or Kb = 0.45, d’où C = 381 kg/m3


Dosage en sable et en gravillon

VGr = 1000-[E+Va+Vc] avec VGr : volume des granulats et Vc = C/ɤc

D’où VGr = 614 L/m3

Or VS = 0.75* VGr VS = 460.5 L/m3

Et VG = 0.25* VGr VG = 153.5 L/m3

S = 1234.14 kg/m3

G = 413 kg/m3

Tableau 35: Tableau récapitulatif des dosages par m3 pour le ScG

S (kg/m3) G (kg/m

3) C (kg/m

3) E (kg/m

3) ∆0(kg/m

3)

1234.14 413 381 231.61 2259.75

Tableau 36 : Caractéristiques de la courbe de référence pour le ScG

Point Abscisse (tamis) d(mm) Ordonnée (passant cumulé

en%)

O 0.063 (mod19) 0

A 39.75 46+ terme correctif

B 42.76 100

Terme correctif :

Granulat concassé donc on prend k = 2

O(19 ;0 ) ; A(39.75 ;48) ; B(42.76 ;100)

Pendant la réalisation de cette dernière série d’essai, nous avons remarqué pour les deux

essais que le béton est un peu sec mais nous n’avons pas ajouté de l’eau pour voir ses

conséquences sur les résultats après l’écrasement.


II-2/ Résultats obtenus

II-2-1/ Première série d’essai

A l’état frais

Tableau 37: Caractéristiques du béton obtenu pour la première série d’essai

Référence A (cm) ∆(kg/m3) ∆-∆0

Sr 6.5 2247.06 -17.54

Sc 7 2202.94 -4.01

Pour le sable de rivière, la différence entre ∆ et ∆0est assez grande donc il est nécessaire de

faire une correction.

Tableau 38 : Ajustement à un m3des dosage après correction pour le Sr

S’ (kg/m3) C (kg/m

3) E (kg/m

3) ∆0’(kg/m

3)

1644.06 375 236.24 2255.3

A l’état durci

Tableau 39 : Caractéristiques du béton pour le Sr et le Sc à l’état durci

Référence

Rc (Mpa)

7 j 28 j

Sr 10.71 16.14

Sc 19.46 23.12


Voici les courbes obtenues à partir de ce tableau :

Figure 9 : Courbe des Rc en fonction de l’âge du béton pour la 1ère

série d’essai

II-2-2/ Deuxième série d’essai

A l’état frais


série d’essai


Srf 7.3 2266.17 -7.47

Scf 7.8 2219.12 19.17

Pour le Scf, la différence entre ∆ et ∆0est assez grande donc il est nécessaire de faire une

correction.

Dosage après correction pour le Scf

Tableau 41 : Ajustement à un m3des dosage après correction pour le Scf

S’ (kg/m3) C (kg/m

3) F(kg/m

3) E (kg/m

3) ∆0’(kg/m

3)

1492.87 372 93 261.25 2219.12

0

5

10

15

20

25

0 7 28

Rc

(en

MP

a)

âges du béton (en jours)

Sr

Sc


A l’état durci


série d’essai

Référence

Rc (MPa)

7 j 28 j

Srf 10.54 15.92

Scf 14.64 19.76


Figure 10 : Courbe des Rc en fonction de l’âge du béton pour la 2ème

série d’essai

II-2-3/ Troisième série d’essai

A l’état frais


série d’essai

Référence A (en cm) ∆(kg/m3) ∆-∆0

Srfadj 6.8 2262.28 7.12

Scfadj 7.3 2201.12 5.75

La composition donne près de 1m3, donc il est inutile de faire une correction.

0

5

10

15

20

25

0 7 28

Rc

(en

MP

a)

âge du béton (en jours)

Srf

Scf


A l’état durci


série d’essai

Référence Srfadj Scfadj

Age (j) 7 28 7 28

Rc (en MPA) 11.30 16.15 16.24 20.04

Voici les courbes obtenues à partir de ce tableau:

Figure 11 : Courbe des Rc en fonction de l’âge du béton pour la 3ème

série d’essai

II-2-4/ Quatrième série d’essai

A l’état frais


série d’essai

Référence A(cm) ∆(kg/m3) ∆-∆0

SrSc 7.3 2211.76 4.8

Pour cette série d’essai, la différence entre ∆ et ∆0 est faible donc il n’est pas nécessaire de

faire une correction.

0

5

10

15

20

25

0 7 28

Rc

'en

MP

a)

Age (en jours)

Srfadj

Scfadj


A l’état durci


série d’essai

Référence

Rc(en MPa)

7 j 28 j

SrSc 14.82 18.53


Figure 12: Courbe des Rc en fonction de l’âge du béton pour la 4ème

série d’essai

II-2-5/ Cinquième série d’essai

A l’état frais


série d’essai


SrG 6 2248.53 -27.5

ScG 6.5 2239 -20.75

Tableau 48 : Ajustement à un m3des dosage après correction pour la 5

ème série d’essai

Référence S’ (kg/m3) G’ (kg/m

3) C (kg/m

3) E (kg/m

3) ∆0’(kg/m

3)

SrG 1263.9 423.1 340 221.54 2248.54

ScG 1218.6 407.8 381 231.6 2239

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 7 28

Rc

(en

MP

a)


SrSc


A l’état durci


série d’essai

Référence

Rc (en MPa)

7 j 28 j

SrG 11.54 17.12

ScG 13.21 21.23


Figure 13: Courbe des Rc en fonction de l’âge du béton pour la 5ème

série d’essai

0

5

10

15

20

25

0 7 28

Rc

(en

MP

a)


SrG

ScG


CHAPITRE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS

I/ Vis-à-vis des résultats obtenus

En général, les résistances obtenues à 28 jours sont toutes supérieures à la résistance

désirée.

I-1/ Dosage des constituants

En premier lieu, le dosage en eau et le volume d’air occlus sont obtenus à partir de la

consistance désirée et de la nature des granulats.

Ensuite, le dosage en ciment dépend de ses caractéristiques, en particulier de sa classe

vraie et de son poids spécifique, des dosages en eau et du Va.

Enfin, pour les granulats, ils vont combler le reste d’un m3 du béton en retranchant le

ciment, l’eau et le Va et les volumes des ajouts.

I-2/ Aperçus globaux sur la nature du béton obtenu

A l’état frais, lors du malaxage et du moulage, on constate que le béton de sable

présente une bonne ouvrabilité grâce à la finesse de ses éléments.

A l’état durci, le béton de sable donne un aspect extérieur (parement) lisse et assez

compact.

I-3/ Interprétation de chaque résultat

Variétés de sable

Tableau 50 : Comparaison de la résistance obtenue par le Sr et le Sc

Référence Sr Sc

Age (en j) 7 28 7 28

Rc (en MPa) 10.71 15.14 19.46 23.12

Ce tableau nous a permis de tracer les courbes suivantes :


Figure 14 : courbe de comparaison des Rc issues de Sr et de Sc en fonction de l’âge

du béton

La nature des granulats joue un rôle très important dans le béton de sable. En général,

on a observé une forte différence entre les résultats issus de l’utilisation du sable de rivière

(Sr) et celle du sable de carrière (Sc). Le Sc donne une meilleure résistance par rapport à Sr.

Vu que le module de finesse MF de Sc est inférieur à celui de Sr, le décalage

s’explique, d’une part par la propreté (ES) de chacun d’eux et d’autre par le dosage en ciment

(qui est fonction des dosages en eau et du Va) plus élevé avec le sable de carrière que celui

avec le sable de rivière.

Influence des ajouts

Tableau 51 : Comparaison de la résistance obtenue par l’essai sans et avec fines

Référence Sr Sc

Age (en j) 7 28 7 28

Rc (MPa) sans fines 10.71 15.14 19.46 23.12

Rc (MPa) avec fines 10.54 15.92 14.64 19.76

Voici les courbes correspondantes à ce tableau :

0

5

10

15

20

25

0 7 28

Rc

(en

MP

a)

âge du béton (en j)

Sr

Sc


Figure 15: courbe de comparaison des

Rc issues de Sr et de Srf en fonction de

l’âge du béton

Figure16 : courbe de comparaison des

Rc issues de Sc et de Scf en fonction de

l’âge du béton

Les fines d’ajouts n’apportent presque aucune amélioration pour la résistance du béton.

Cependant, elles influent beaucoup sur la maniabilité du béton à l’état frais et en tant que

correcteur granulaire, elles diminuent la porosité du béton et assure sa compacité à l’état

durci. Ainsi une correction du dosage en eau s’impose pendant le gâchage.

Pour le Sr, l’écart entre les résistances à 28 jours avec fines et à celles sans fines est très

petit; pour le Sc, il n’y a aucune amélioration. Tout cela est dû à un taux élevé en fines qui

demande une augmentation de la consommation en eau d’où l’affaiblissement de la résistance.

Influence de l’adjuvant

Tableau 52 : Comparaison de la résistance obtenue par le Srf / Srfadj et Scf / Scfadj

Référence Srf Srfadj Scf Scfadj

Age (j) 7 28 7 28 7 28 7 28

Rc (MPa) 10.54 15.92 11.30 16.15 14.64 19.76 16.24 20.04

Ce tableau nous a permis de tracer la courbe suivante :

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 7 28

Rc

(en

MP

a)


Sr

Srf

0

5

10

15

20

25

0 7 28

Rc

(en

MP

a)


Sc

Scf


Figure 17: courbe de comparaison des

Rc issues de Srf et de Srfadj en fonction

de l’âge du béton

Figure18 : courbe de comparaison des

Rc issues de Scf et de Scfadj en fonction

de l’âge du béton

Contrairement aux fines, l’incorporation de l’adjuvant dans le béton de sable fait augmenter

les résistances du béton à l’état durci. Cela nous permet de dire que l’adjuvant est un élément

actif dans le béton.

I-5/ Combinaison des deux variétés de sable

Tableau 53 : Comparaison de la résistance obtenue par le Sr et le SrSc

Référence Sr SrSc

Age (en j) 7 28 7 28

Rc (en MPa) 10.71 15.14 14.82 18.53

Ci-dessous les courbes comparatives de ces résultats :

Figure 19 : courbe comparative des Rc issues de Sr et de SrSc en fonction de l’âge

du béton

0

5

10

15

20

0 7 28

Rc

(en

MP

a)


Srf

Srfadj

0

5

10

15

20

25

0 7 28

Rc

(en

MP

a)


Scf

Scfadj

0

5

10

15

20

0 7 28

Rc

(en

MP

a)


Sr

SrSc


Rappelons que la troisième série d’essai a été faite avec les passants de 2mm (mod 28)

pour le Sable de rivière et le Sable de carrière dont 70% de Sr et 30% de Sc.

Ces pourcentages ont été choisis dans le fait que nous voulons remarquer les

modifications apportées par le Sc même à faible dosage que le Sr et ce à partir d’un seul essai.

En se référant sur les résultats obtenus, on a trouvé une augmentation de la résistance si

on compare avec le résultat obtenu par l’utilisation du Sr dosé à 100%. Cela reflète encore

l’efficacité du sable de carrière.

I-6/ Béton de sable chargé

Tableau 54 : Comparaison de la résistance obtenue par la 1ère

et la 5ème

série d’essai

Référence Sr Sc

Age (en j) 7 28 7 28

Rc (en MPa) sans gravillon 10.71 15.14 19.46 23.12

Rc (en MPa) avec gravillon 11.54 17.12 13.21 21.23

Ce tableau nous permet de tracer les courbes suivantes :

Figure 20 : courbe de comparaison des

Rc issues de Sr et de SrG en fonction de

l’âge du béton

Figure 21 : courbe de comparaison des

Rc issues de Sc et de ScG en fonction de

l’âge du béton

L’insertion des gravillons même à faible quantité se voit sur les résistances du béton.

Pour ce type de béton, une amélioration du mode de serrage et une addition en eau sont

exigées pour avoir une bonne compacité du béton sans être poreux.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 7 28

Rc

(en

MP

a)


Sr

SrG

0

5

10

15

20

25

0 7 28

Rc

(en

MP

a)


Sc

ScG


II/ Propriétés particulières du béton de sable

II-1/Module d’élasticité

C’est une donnée générale des matériaux de classe granulaire 0/D pour lesquels le

module diminue lorsque D diminue. Le module d’élasticité des bétons de sable est donc très

faible.

II-2/Résistances du béton de sable au choc

La structure plus fine et l’homogénéité du béton de sable lui permettent de repartir les

impacts et d’éviter l’éclatement donc il résiste bien aux chocs.


III/ Comparaison du béton de sable avec le béton traditionnel [4]

Pour les bétons, le meilleur critère que cherchent les utilisateurs est leur résistance, plus

particulièrement la résistance à la compression.

Ci-dessous les tableaux qui figurent la comparaison entre le béton traditionnel et le

béton de sable du point de vue résistance et dosage en chaque matériau.

Tableau 55 : Comparaison des résistances à la compression du béton traditionnel et

celles du béton de sable avec une consistance plastique

Type de béton Béton traditionnel Béton de sable

Granularité 0/10 0/20 5/25 0/4 0/4 0/4

Sable (kg) 763 763 622 1201 1577 1577

Fine (kg) 0 0 0 450 0 0

Gravillon (kg) 1045 1045 1150 0 0 0

Ciment (kg) 350 350 350 350 350 350

Eau (kg) 205 205 213 247 236 257.58

Adjuvant (kg) 0 0 0.7 2.10 2.10 0

Consistance (cm) 8.5 8.5 6 6 6 10

Rc à 28 jours (MPa) 34.86 25.75 49.5 36.35 27.38 21.07

Source : HOLCIM (Madagascar) et LNTPB

Tableau 56 : Comparaison des résistances à la compression du béton traditionnel et celle

du béton de sable avec une consistance ferme


Granularité 0/20 5/25 0/8 0/4

Sable (kg) 790 680 1084 1597

Fine (kg) 0 0 164 180

Gravillon (kg) 1067 1908 540 0

Ciment (kg) 350 350 350 350

Eau (kg) 187 197 236 274

Adjuvant (kg) 0 0.7 2.10 2.10

Consistance (cm) 4 4 4 4

Rc à 28 jours (MPa) 36.54 26.16 25.85 25.94

Source : HOLCIM (Madagascar) et LNTPB


Sur 17 essais de béton 0/D, on a les valeurs limites de résistance à 28 jours suivants

pour les bétons traditionnels et les bétons de sables :

Tableau 57 : Les valeurs limites de la résistance à la compression sur 17 essais


Minimale 20.1 14.23

Maximale 49.5 36.35

Ces tableaux nous permettent d’affirmer que même avec des compositions différentes le

béton de sable peut se mettre en parallèle du béton traditionnel malgré la difficulté

d’atteindre un niveau de performance très élevée car le béton traditionnel atteint ici une valeur

de résistance égale à 49,5Mpa.

D’ailleurs, il y a aussi d’autres critères pour comparer le béton de sable et le béton

traditionnel comme l’indique le tableau suivant :

Tableau 58 : Autres critères permettant de comparer le béton de sable avec le béton

traditionnel

Critères Béton traditionnel Béton de sable

Constituants de base Sable-gravillon-eau-ciment Sable-eau-ciment

granularité grossière Fine

Dosage en sable En faible quantité Tout ou la plus grande partie

des granulats

Dosage en eau Selon le Diamètre maximal

des granulats

Dépendant de la formulation

utilisée

Dosage en ciment Tous les dosages courants Dépendant de la formulation

utilisée

Dosage en gravillon Constitue la plus grande

partie des granulats Pas ou à très faible quantité

Mise en place Difficulté de serrage Facile à mettre en places

Classe de béton -classe de consistance

-classe de résistance

De même que pour le béton

traditionnel

Utilisation d’adjuvant A volonté Quelques fois obligatoire


IV/ Avantages et limites du béton de sable

IV-1/ Avantages

Avantages techniques

Le béton de sable est qualifié par sa structure fine par laquelle il présente les avantages

suivants :

Une homogénéité appréciable qui implique sa bonne ouvrabilité et compacité

donc moins poreux et plus étanche. D’où la carbonatation sera évitée.

Sa facilité à mettre en œuvre

Une forte adhésion aux supports pour les bétons de sable projetés, par exemple

en couche de revêtement des puits de mines.

Un bon remplissage des moules et des cavités pour les bétons de sable coulés

Un bon enrobage des armatures pour les bétons de sable armés

Une absence du phénomène de ségrégation et une haute résistance au délavage

pour les bétons de sable utilisés en fondation, tubage des puits de forage.

Avantages économiques

Les intérêts économiques du béton de sable résultent de :

L’abondance en matière première donc à moindre coût tant pour l’extraction

que pour les transports et les manutentions.

Il n’est pas nécessaire d’utiliser des équipements mécanisés parce que

l’extraction des sables se fait manuellement.

La réduction des ouvriers nécessaires pour la réalisation d’un ouvrage à cause

de sa facilité de mise en œuvre.

Le béton de sable peut être aussi spécifié comme un béton digne de l’art grâce au bon

parement qu’il fait exposer à l’extérieur.

IV-2/ Limites d'emploi

Malgré tout cela, l’utilisation d’un béton de sable reste encore limitée :

La détermination de sa performance exige une méthode de formulation appropriée et

un respect de celle-ci. Il n’arrive donc pas à remplacer un béton traditionnel à forte résistance

mécanique.


Dépendant des conditions du chantier et des exigences du cahier de charge, on aurait

besoin d’introduire des ajouts spécifiés et des adjuvants adéquats qui vont créer un surplus de

coût pour le béton de sable par rapport à ses constituants de base. L’utilisation des fibres est

parfois recommandée.

Le béton de sable est très sensible au phénomène de retrait, il convient donc de

prendre des précautions particulières.

V/ Application du béton de sable

Dans ce paragraphe, nous allons énumérer quelques domaines dans lesquels on peut

appliquer le béton de sable. Sachant que son limite d’emploi réside sur la difficulté d’atteindre

un niveau de performance des bétons traditionnels, il pourra, cependant, être appliqué dans

beaucoup de domaines grâce à ses propriétés spécifiques par rapport aux bétons traditionnels.

IV-1/ Possibilité d’application [9]

IV-1 / Béton pompable

Pour être pompable, le béton doit présenter certaines qualités :

Présenter une bonne cohésion;

Etre bien plastique (affaissement >10 cm)

Le sable devra de préférence être roulé et avoir un module de finesse plutôt faible (MF ≤

2,5). Il est de préférence aussi qu’on ait un fort dosage en sable et des granulats dont le

coefficient d’absorption est inférieur à 3%.

Les plastifiants et superplastifiants facilitent le pompage mais l’entrainement d’air peut

être un inconvénient s’il dépasse 5%.

La comparaison de ces propriétés aux celles des bétons de sables nous confirme que les

bétons de sables pourront bien être pompés.

I-2 / Béton projeté

Les bétons de sable présentent une forte cohésion. Ce qui pousse à l’utiliser comme

béton projeté car cette propriété réduit les pertes par rebond et permet des épaisseurs de

projection plus élevées en économisant une certaine quantité d’adjuvant (adjuvant spécifique

pour les bêtons projetés donnant au béton une forte cohésion réduisant de ce fait les pertes par

rebond).

I-3 / Béton à injecter

La petite granularité des bétons de sable et sa maniabilité permettent les travaux

d’injection.


I-4/ Béton coulé

Il n’existe pas des critères particuliers à attribuer aux bétons pour être coulés, c'est-à-

dire, n’importe quels bétons peuvent donc être coulés.

Par contre, une grande hauteur de coffrage et une densité d’armature engendrent une

difficulté de coulage pour les bétons traditionnels, mais à cause de sa faible granularité, de sa

bonne maniabilité et de son faible poids les bétons de sable pourront bien s’adapter à ces

contraintes.

I-5 / Béton prêt à l’emploi

L’emploi du béton de sable à l’échelle industrielle pourra être espéré car :

Toutes les formulations utilisées pour les bétons classiques sont aussi applicables pour

les bétons de sable ;

Selon la norme NF P 18 500, les prescriptions de la norme P 18 305 applicables aux

bétons prêts à l’emploi pour ce qui concerne le stockage, le dosage et le mélange des

constituants, ainsi que le transport du béton, sont applicables aux bétons de sable.

I- 6 / Béton préfabriqué

Les principales propriétés des bétons généralement recherchées pour la confection

d’éléments préfabriqués sont :

Une bonne maniabilité ;

Facile à mouler ;

Facile à mettre en place ;

Bon aspect de surface après démoulage.

Ces propriétés sont toutes trouvées dans les bétons de sable.

I-7/ Béton moulé dans le sol

La qualité essentielle du béton à employer est d’être très plastique : affaissement ≥

10cm. Le dosage en ciment est de l’ordre de 400 kg/m3. On utilise du plastifiant pour

permettre de limiter le dosage en eau nécessaire. La résistance recherchée n’est en général pas

très élevée et l’on adopte que très rarement des contraintes de service supérieures à 6 MPa. La

dimension maximale des granulats est prise par habitude 25 mm mais c’est une habitude non

justifiée.

D’où il est possible d’employer les bétons de sable pour le moulage dans le sol.

I-8 / Béton de fibre

Les bétons de fibres sont des bétons armés par des fibres. La disposition principale à prendre

lors de la confection des bétons de fibre est de limiter le rapport G/ (G+S) à 0,5 au maximum,

ce qui se traduit dans la pratique par une augmentation des éléments inferieurs à 5mm.


De plus, leur maniabilité étant d’ailleurs d’autant moins bonne que la dimension des

granulats est d’autant plus grande. De ce fait, on a intérêt à utiliser les bétons de sable.

I-9 / Béton cellulaire

Le béton cellulaire est un mélange de granulat fin et de ciment, qui n’est d’autre que le

béton de sable. On additionne à ce béton gâché fluide une matière ou produit qui, en cours de

malaxage, provoque une infinité de petites bulles, ce qui donne un béton mousse. Le béton

cellulaire n’est donc qu’un béton à base de béton de sable.

IV-2/ Cas de Madagascar

Madagascar dispose beaucoup de gisements de sables tant alluvionnaires

qu’éluvionnaires qui se trouvent dans des milieux faciles à accéder et pas trop loin. En plus,

leur extraction se fait manuellement donc ne nécessite pas de matériel mécanique. Quant aux

sables de carrière, ils ont aussi des coûts moins chers que les gravillons et ces derniers

n’existent pas dans certaines régions.

Tout cela nous permet de dire que le béton de sable présente un intérêt économique

favorable et donc le rend à être applicable à Madagascar.

D’ailleurs, des travaux supplémentaires tels que le broyage et la pulvérisation pourront

résoudre les problèmes des ajouts qui présentent parfois des surplus de coûts pour le béton de

sable. Et même à coût équivalent, le béton de sable est plus intéressant que le béton

traditionnel grâce à ses avantages techniques et ses propriétés spécifiques. Leur utilisation

sera donc plus avantageuse à Madagascar.


CONCLUSION GENERALE

Pour conclure, la longévité d’un ouvrage en béton dépend de ses constituants

notamment les granulats qui assurent le squelette du béton et la nature du liant utilisé. Le

béton de sable est inspiré du béton traditionnel. Il subit les mêmes essais et contrôles que ce

dernier.

La propriété des matériaux joue un rôle très important dans le béton de sable.

L’impureté contenue dans ses constituants de base pourra nuire à ses caractéristiques à l’état

durci. Elle peut favoriser une déficience en résistance du béton et parfois sa dégradation.

La formulation de Baron-Ollivier donne beaucoup d’avantages sur la formulation du

béton. Elle offre une marge de sécurité élevée au niveau de la résistance visée, des calculs

plus précis en premier lieu sur les dosages en eau, le volume d’air occlus qui sont fonction de

la nature des granulats et de son diamètre maximal, et en deuxième lieu sur les dosages des

granulats et le dosage en ciment même si ce dernier est quelques fois plus ou moins élevé.

L’avantage du béton de sable réside sur la maniabilité, la cohésion et l’homogénéité

sans oublier l’aspect extérieur. Mais, il nécessite des meilleures formulations et des

précautions particulières pendant la réalisation. D’où l’emploi des ajouts et des adjuvants est

conseillé.

Le béton de sable peut être utilisé aussi bien dans les régions qui disposent des

gisements de gravillons que dans les autres qui n’en disposent pas, jouant les facteurs

techniques et économiques.

L’étude comparative des différentes formulations existantes pour le béton de sable sera

donc vivement encouragée pour pouvoir l’optimiser.


Bibliographies

[1] : Dreux Gorisse – Gorisse Francis (1986), Nouveau guide du béton

[2] : Eric FAUTEUX- Stéphane FORTIN, le béton de sable appliqué aux chaussées routières,

2002.

[3] : HAMMAMEY, Conférence Méditerranéenne, Côtière et Maritime, Edition 1, Tunisie

2009

[4] : RAJERISON Tahianasoa Sahoby, Etude d’optimisation du béton de sable-applications,

Ingéniorat, Mines, ESPA, 2003.

[5] : RANAIVONIARIVO Gabriely, Contribution à l’étude de l’élaboration de ciment à haute

résistance à Madagascar, Thèse de doctorat, 2005.

[6] : RANAIVONIARIVO Gabriely « Cours de béton 4ème

Année », Département science des

matériaux et métallurgie de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo.

[7] : RANJIVAHARIMANANA Lalao Evelyne, Etude comparative des méthodes de

formulation de béton : LES METHODES DE DREUX-GORISSE ET BARON-OLLIVIER,

Ingéniorat, science des matériaux, ESPA, 2010.

[8] : Pierre CHARON (1983), le calcul et la vérification des ouvrages en béton armé

[9] : VALETTE (1964), Manuel de composition de béton

Webographies

[10] : Cours en ligne-Matériaux de construction.htm

[11] : Fabrication du béton-wikilivres.htm

[12] : http://www.béton.com (2001)/constituants du béton

[13] : http://www.béton de France.com (2003)/constituants du béton

[14] : Résistance du béton-Formule de Féret.htm


TABLE DES MATIERES

SOMMAIRE

INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................. 1

PREMIERE PARTIE .............................................................................................................. 2

ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES ............................................................................................ 2

CHAPITRE 1: GENERALITES SUR LES BETONS .............................................................. 3

I/ Définition du béton [9] ................................................................................................................... 3

II/ Historique [9] ................................................................................................................................ 3

III/ Les constituants du béton [2][5][7][8][10][11][12][13] ............................................................ 4

III-1/Liants ..................................................................................................................................... 5

III-1-1/Les ciments .................................................................................................................... 5

III-1-1-1/ Définition ................................................................................................................ 5

III-1-1-2/ Fabrication du ciment .............................................................................................. 6

III-1-1-3/ Prise et durcissement du ciment .............................................................................. 7

a. Hydratation .................................................................................................................. 7

b. Prise ............................................................................................................................. 7

c. Durcissement ............................................................................................................... 7

d. Fausse prise ................................................................................................................. 8

III-1-1-4/ Normalisation et classification des ciments ............................................................ 8

III-1-2/Le liant équivalent ....................................................................................................... 11

III-1-3/Propriétés du ciment ................................................................................................... 12

III-2/Granulats ............................................................................................................................. 13

III-2-1/ Définition .................................................................................................................... 13

III-2-2/ Classifications ............................................................................................................. 13

III-2-4/ Sables ........................................................................................................................... 14

III-2-5/ Pierrailles .................................................................................................................... 15

III-3/Eau ....................................................................................................................................... 16

III-4/Adjuvants ............................................................................................................................ 16

III-5/ Les ajouts .......................................................................................................................... 18

IV/ Classification des bétons selon la norme NF EN 206-1 [6][7][10] ......................................... 19

V / Formulation du béton [4] .......................................................................................................... 20

V-1/ Recueil des données ............................................................................................................. 20

V-2/ Formulation ......................................................................................................................... 21

V-3/ Test en laboratoire .............................................................................................................. 21


V-4/ Modifications ....................................................................................................................... 21

VI/ Propriétés des bétons [1][8][10] ............................................................................................... 21

VI-1/ Propriétés mécaniques ...................................................................................................... 21

VI-1-1/ Résistance à la compression ..................................................................................... 21

VI-1-1-1/ Formule de Bolomey ............................................................................................. 22

VI-1-1-2/ Formule de Féret [14]............................................................................................ 22

VI-1-2/ Résistance à la traction ............................................................................................. 23

VI-1-2-1/ Résistance en traction par flexion ......................................................................... 23

VI-1-2-2/ Résistance en traction par fendage : ...................................................................... 23

VI-1-2-3/ Résistance en traction directe ................................................................................ 23

VI-1-3/ Influence du dosage en ciment et en eau sur les résistances du béton ................... 24

VI-2/ Propriétés physiques.......................................................................................................... 25

VI-2-1/ Masse volumique ........................................................................................................ 25

VI-2-2/ Coefficient de dilatation linéaire ............................................................................... 25

VI-2-3/ Retrait .......................................................................................................................... 25

VI-2-4/ Fluage .......................................................................................................................... 26

VII/ Corrosion du béton [2] ............................................................................................................ 27

VIII/ Utilisations des bétons [2][7] ................................................................................................. 28

CHAPITRE 2: LE BETON DE SABLE [1] [4] .......................................................................29

I/ Définition et spécification ............................................................................................................ 29

I-1/ Définition ............................................................................................................................... 29

I-2/ Spécification du béton de sable ........................................................................................... 29

II/ Historique.................................................................................................................................... 29

III/ Composition du béton de sable ................................................................................................ 30

IV/ Propriétés du béton de sable .................................................................................................... 33

V/ Utilisations du béton de sable .................................................................................................... 34

V-1/ en bâtiments et travaux publics ......................................................................................... 34

V-2/ ouvrages miniers ................................................................................................................. 35

V-3/ voirie ..................................................................................................................................... 35

V-4/ éléments décoratifs : ............................................................................................................ 35

V-5/ Autres utilisations ............................................................................................................... 35

CHAPITRE 3: FORMULATION DE BARON-OLLIVIER [6] ...............................................37

I/ Objectif ......................................................................................................................................... 37

II/ Origines de la méthode .............................................................................................................. 37


III/ Principe ...................................................................................................................................... 37

III-1/La pâte liante ...................................................................................................................... 37

III-2/Le squelette granulaire ...................................................................................................... 38

IV/ Hypothèses ................................................................................................................................. 38

IV-1/Hypothèses sur le béton ...................................................................................................... 38

IV-2/Hypothèse sur les granulats ............................................................................................... 38

IV-3/Hypothèses sur le ciment .................................................................................................... 39

IV-4/ Abaques et tableaux........................................................................................................... 39

V/ Mode opératoire ......................................................................................................................... 39

V-1/La pâte liante ........................................................................................................................ 39

V-2/Le squelette granulaire ........................................................................................................ 40

V-3/Composition du béton .......................................................................................................... 40

VI/Résultats ...................................................................................................................................... 41

DEUXIEME PARTIE ............................................................................................................44

ETUDES EXPERIMENTALES ..............................................................................................44

CHAPITRE 1: DESTINATION DE L’OUVRAGE ET MATIERES PREMIERES .................46

I/ Destination de l’ouvrage [7] ........................................................................................................ 46

I-1/ Conditions climatiques ......................................................................................................... 46

I-1-1/ Bétonnage par temps froid ........................................................................................... 46

I-1-2/ bétonnage par temps chaud .......................................................................................... 47

I-2/ Conditions environnementales ............................................................................................ 48

II/ Caractéristiques des matières premières [11] .......................................................................... 49

II-1/ Les granulats ....................................................................................................................... 49

II-1-1/ Le sable ......................................................................................................................... 49

II-1-2/ Gravillon ....................................................................................................................... 51

II-2/ Eau........................................................................................................................................ 52

II-3/ Ciment .................................................................................................................................. 52

II-4/ Fines d’ajouts ...................................................................................................................... 52

II-5/ Adjuvants ............................................................................................................................. 53

III/ Analyse granulométrique ......................................................................................................... 53

III-1/ Quelques définitions .......................................................................................................... 53

III-2/ Principe de l’essai .............................................................................................................. 53

III-3/ Equipements nécessaires ................................................................................................... 55

III-4/ Calcul du module de finesse ............................................................................................. 55


IV/ Essai et contrôle sur le béton [10] ............................................................................................ 55

IV-1/ Béton frais .......................................................................................................................... 55

IV-2/ Béton durci : mesure de la résistance à la compression du béton ................................. 56

V/ Détermination des dosages de chaque constituant du béton selon Baron ............................. 56

VI/ Correction .................................................................................................................................. 59

CHAPITRE 2: CARACTERISATION DES MATIERES PREMIERES .................................60

I/ Sable .............................................................................................................................................. 60

I-1/ Sable de rivière noté : Sr ...................................................................................................... 60

I-1-1/ Nature et provenance .................................................................................................... 60

I-1-2/ Analyse granulométrique ............................................................................................. 60

I-2/ Sable de carrière noté : Sc ................................................................................................... 61

I-2-1/ Nature et provenance .................................................................................................... 61

I-2-2/ Analyse granulométrique ............................................................................................. 61

II/ Gravillon ..................................................................................................................................... 62

II-1/ Nature et provenance .......................................................................................................... 62

II-2/ Analyse granulométrique ................................................................................................... 63

III/ Eau ............................................................................................................................................. 64

IV/ Ciment ........................................................................................................................................ 64

V/ Fines d’ajout ............................................................................................................................... 64

VI/ Adjuvant .................................................................................................................................... 65

CHAPITRE 3 : ESSAI DE FABRICATION ...........................................................................66

I/ Matériels ....................................................................................................................................... 66

II/ Calcul des dosages de chaque constituant et composition ...................................................... 66

II-1/ Calcul des dosages ............................................................................................................... 67

II-1-1/ Première série d’essai .................................................................................................. 67

II-1-2/ Deuxième série d’essai ................................................................................................. 68

II-1-3/ Troisième série d’essai................................................................................................. 70

II-1-4/ Quatrième série d’essai, réf : SrSc ............................................................................. 71

II-1-5/ Cinquième série d’essai ............................................................................................... 72

II-2/ Résultats obtenus ................................................................................................................ 75

II-2-1/ Première série d’essai .................................................................................................. 75

II-2-2/ Deuxième série d’essai ................................................................................................. 76

II-2-3/ Troisième série d’essai................................................................................................. 77

II-2-4/ Quatrième série d’essai ............................................................................................... 78


II-2-5/ Cinquième série d’essai ............................................................................................... 79

CHAPITRE 4: INTERPRETATION DES RESULTATS ........................................................81

I/ Vis-à-vis des résultats obtenus .................................................................................................... 81

I-1/ Dosage des constituants ........................................................................................................ 81

I-2/ Aperçus globaux sur la nature du béton obtenu ................................................................ 81

I-3/ Interprétation de chaque résultat ....................................................................................... 81

I-5/ Combinaison des deux variétés de sable ............................................................................. 84

I-6/ Béton de sable chargé ........................................................................................................... 85

II/ Propriétés particulières du béton de sable ............................................................................... 86

II-1/Module d’élasticité ............................................................................................................... 86

II-2/Résistances du béton de sable au choc ............................................................................... 86

III/ Comparaison du béton de sable avec le béton traditionnel [4] ............................................. 87

IV-1/ Avantages ........................................................................................................................... 89

IV-2/ Limites d'emploi ................................................................................................................ 89

V/ Application du béton de sable ................................................................................................... 90

IV-1/ Possibilité d’application [9]............................................................................................... 90

IV-2/ Cas de Madagascar ............................................................................................................ 92

Bibliographies .......................................................................................................................94

TABLE DES MATIERES .......................................................................................................95

Mines ESPA - Promotion 2012 - i

Annexes

Mines ESPA - Promotion 2012 - ii

Annexe A

Voici un tableau qui montre la classification environnementale selon le fascicule P 18-011

Tableau : classes d’environnement selon le fascicule P 18-011

CLASSE D’AGRESSIVITE

A1 A2 A3 A4

DESCRIPTION Faiblement

agressif

Moyennement

agressif

Fortement

agressif

Très fortement

agressif

Concentrations des agents agressifs dans le milieu en mg/l

CO2 agressif 15 - 30 30 à 60 60 à 100 > 100

SO42-

en

solution 250 - 600 600 à 1500 1500 à 6000 > 6000

NH4+ 10 - 30 30 à 60 60 à 100 > 100

Mg2+

- 300 à 1500 1500 à 3000 > 3000

Ions sulfates dans le sol

SO42-

dans le sol

sec 0.24 à 0.6% 0.6 à 1.2% 1.2 à 2.4% > 2.4%

SO42-

extrait du

sol par l’eau

1200 à 2300mg/l 2300 à 3700mg/l 3700 à 6700mg/l > 6700mg/l

pH du milieu

pH 6.5 – 5.5 5.5 – 4.5 4.5 - 4 < 4

Pour réaliser un béton compact de bonne qualité, le choix du ciment se fait selon les classes

d’agressivité :

Classe A1 : puisque l’environnement est faiblement agressif, il n’y a aucune précaution à

prendre pour la réalisation de l’ouvrage. Cependant, le ciment CEM I est recommandé sinon on

utilise un léger surdosage.

Classe A2 : lorsqu’un béton doit être confectionné dans un environnement comportant l’un

des agents agressifs mentionnés ci-dessus et dans les proportions correspondantes, il est

nécessaire de rechercher « le niveau de protection 2 » :

Mines ESPA - Promotion 2012 - iii

-utiliser un dosage en ciment ≥ 550√

avec D (en mm) diamètre maximal des granulats ;

-limiter le rapport massique : eau/ciment ≤ 0.55 ;

-prévoir un enrobage des armatures d’au moins 30 mm pour les bétons armés ;

-choisir un ciment adapté au type d’agression :

o En présence d’eau de mer, c’est-à-dire ouvrage totalement immergé, on a

recommandé les ciments suivants : CEM I (PM) ; CEM II (PM) (Z ou L) avec une

deuxième constituante principale pouzzolane Z ou calcaire L ; ciment alumineux

fondu CA et CNP.

o En présence d’eau à haute teneur en sulfate (SO42-

), on a recommandé les ciments

suivants : CEM I (ES) ; CEM II/A (ES) ; CEM V/A et CA.

o En milieu acide, les différents ciments à utiliser compte tenu des concentrations

indiqués sont : CEM I à teneur en C3S et C3A ; CEM II/A ou B (à pourcentage

réduit, inférieur à 5% du C3A du clinker) ; CEM III/A (si la teneur en laitier ≥

60%), B ou C ; Ciment alumineux fondu CA ; CNP.

Classe A3 : ces concentrations exigent « le niveau de protection 2 » avec en plus les

dispositions suivantes :

-utiliser un dosage en ciment ≥ 700√

;

-tenir le rapport eau/ciment ≤ 0.5 ;

-enrobage des armatures ≥ 40mm ;

-utiliser un ciment en fonction de type d’agressivité :

o En présence d’eau de mer, les mêmes ciments que pour A2 conviennent

o En présence de sulfate, les mêmes ciments que pour A2 conviennent aussi en

signalant que pour CEM I et CEM II/A, C3A ≤ 5%

o En milieu acide, on a : CEM II/B ou C ; CEM V/A ou b et CA

Classe A4 : on exige le respect des mêmes dispositions que pour A3 mais avec en plus une

protection externe du béton (enduit, peinture,…). Les mêmes ciments pour A3 peuvent convenir

mais avec un léger surdosage et surtout en protégeant le béton comme il est indiqué ci-dessus.

N-B : pour l’environnement non agressif A0, la concentration des agents agressifs est

inférieure à A1, il n’y a pas d’exigence sur le choix des matériaux.

Mines ESPA - Promotion 2012 - iv

Annexe B

Détermination des densités apparentes, des poids spécifiques et analyse granulométrique des

granulats

A. Densité apparente

Matériau

Poids du

moule P1

(g)

Poids

moule+éch P2

(g)

Poids éch

P3=P2-P1 (g)

Volume

moule V

Densité

apparente

ɤd=P3/V(T/m3)

Moyenne

Premier essai

Gravillon 11559.5 8000 1.44 1.44

Sc 635.5 2065.5 1430 1 1.43

Sr 635.5 2022 s1386.5 1 1.39

Deuxième essai

Gravillon 11476.5 8000 1.43

Sc 635.5 2078.5 1443 1 1.44 1.44

Sr 635.5 2018.5 1383 1 1.38

Troisième essai

Gravillon 11082 8000 1.38

Sc 635.5 2082 1446.5 1 1.45

Sr 635.5 2034 1398.5 1 1.4 1.39

B. Poids spécifique

Essai Premier essai Deuxième essai

Matériau Gravillon Sc Sr Gravillon Sc Sr

Référence picnomètre 500cc 500cc 500cc 500cc 500cc 500cc

Poids du picnomètre P1 388.5 388.5 388.5 388.5 388.5 388.5

Poids du picno+eau P2 890 890 890 890 890 890

Volume du picno V1=P2-P1 501.5 501.5 501.5 501.5 501.5 501.5

Poids picno+éch P3 854 914 930.5 968.5 958.5 1009

Poids picno+éch+eau P4 1181.5 1219.5 1230 1255 1247 1279

Mines ESPA - Promotion 2012 - v

Poids eau =P4-P3=V2 327.5 305.5 299.5 286.5 288.5 270

Volume éch V1-V2=V 174 196 202 215 213 231.5

Poids éch P3-P1=E5 465.5 525.5 542 580 570 620.5

Poids spécifique ɤs=E5/V 2.68 2.68 2.68 2.7 2.68 2.68

Moyenne 2.69 2.68 2.68

C. Analyse granulométrique

Gravillon Méch = 3954g

Maille(d) des

passoires (mm) Module de d

Refus cumulés

(g)

Pourcentage (%) Passants cumulés

(%)

20 43 15 0.4 99.6

16 42 226.5 5.7 94.3

12.5 41 1866.5 47.2 52.8

10 40 3403 86.1 13.9

8 39 3859 97.6 2.4

6.3 38 3907.5 98.8 1.2

5 37 3932 99.4 0.6

4 36 3949 99.9 0.1

Sable de rivière Sr Méch = 2968.5g, Mf=3.5

Maille(d) des

tamis (mm) Module de d

Refus cumulés

(g)


(%)

6.3 39 73.5 2.48 97.52

5 38 143 4.82 95.18

4 37 234.5 7.9 92.1

3.15 36 299 10.1 89.9

2 34 546 18.4 81.6

1 31 1406 47.36 52.64

0.5 28 2379 80.14 19.86

0.315 26 2756 92.84 7.16

Mines ESPA - Promotion 2012 - vi

0.2 24 2867 96.6 3.4

0.125 22 2921 98.4 1.6

0.08 20 2940.5 99.1 0.9

Sable de carrière Sc Méch = 5424.5g, Mf=2.8

Maille(d) des

tamis (mm) Module de d

Refus cumulés

(g)


(%)ss

6.3 39 1 0.02 99.98

5 38 1.5 0.03 99.97

4 37 70 1.29 98.71

3.15 36 349.5 6.44 93.56

2 34 1057.5 19.5 80.5

1 31 2070 38.16 61.84

0.5 28 3198.5 58.96 41.04

0.315 26 3988.5 73.53 26.47

0.2 24 4468.5 82.38 17.62

0.125 22 5008 93.32 6.68

0.08 20 5221.5 96.26 3.74

Mines ESPA - Promotion 2012 - vii

Annexe C

Caractéristiques de la fine de Dolomie utilisée

FORMULE

CaMg(CO3)2

CARACTERISTIQUES PHYSIQUES

Aspect Poudre fine

Couleur Blanche

Densité 2.7

Refus au tamis 350 0.1% (30/40 microns)

Granulométrie 40 microns, 30 microns, 20 microns, fine

COMPOSITION CHIMIQUE

Perte au feu 28% dont CO2 : 20%

Humidité 0.1%

SiO2 15.6%

Fe2O2 0.2%

TiO2 - traces

Al2O2 1.6%

MgO 22.6%

CaO 30.8%

pH 9-9.2

ALCALLINITE

Equivaut à 1.7g de NaOH par kg de dolomie maximale

UTILISATION

Charge pour peinture

CONDITIONNEMENT

Sac de 50 kg (Marquage sac : D40, D20, D10, DF)

Mines ESPA - Promotion 2012 - viii

Annexe D

Estimation de coûts d’un m3 de béton de sable pour chaque série d’essai

Première série d’essai

Réf : Sr

Désignation Unité Prix unitaire [Ar] Quantité Montant [Ar]

Sable de rivière m3 23000 0.62 14260

Ciment Sac 25000 7.5 187500

Coût de transport et de fabrication 9000

Total 210760

Réf : Sc


Sable de carrière m3 24500 0.5525 13536

Ciment Sac 25000 9.3 232500


Total 255036

Deuxième série d’essai

Réf : Srf



Ciment sac 25000 6 150000

Fines kg 600 75 45000


Total 218210

Mines ESPA - Promotion 2012 - ix

Réf : Scf



Ciment sac 25000 7.44 186000

Fines kg 600 93 55800


Total 264275

Troisième série d’essai

Réf : Srfadj



Ciment sac 25000 6 150000

Fines kg 600 75 45000

Adjuvant L 15000 1.74 26100


Total 244268

Réf : Scfadj



Ciment sac 25000 7.44 186000

Fines kg 600 93 55800

Adjuvant L 15000 2.2 33000


Total 297226

Mines ESPA - Promotion 2012 - x

Quatrième série d’essai

Réf : SrSc




Ciment sac 25000 9.3 232500


Total 254468

Cinquième série d’essai

Réf : SrG



Ciment sac 25000 6.8 170000

gravillon m3 26000 0.160 4160


Total 198177

Réf : ScG



Ciment sac 25000 7.62 190500

gravillon m3 26000 0.154 198120


Total 412915

Titre : « CONTRIBUTION A L’ETUDE DU BETON DE SABLE – FORMULATION DE

BARON-OLLIVIER »

Nombre de pages : 94

Nombre de tableaux : 58

Nombre de figures : 21

Nombre des annexes : 04

RESUME

Le béton de sable présente des avantages tels que l’ouvrabilité, l’homogénéité, la

compacité et l’apparence. Il donne de nouvelle possibilité d’application pour les ouvrages en

béton partout où on trouve de sable. Ensuite, nous avons constaté pendant nos essais au

laboratoire qu’avec des matériaux bien propres, la formulation de Baron-Ollivier donne des

dosages un peu plus précis des constituants du béton et une marge de sécurité trop large sur la

résistance, permettant de réduire l’erreur et d’avoir un béton plus performant. La maîtrise de ces

rubriques rend le béton de sable à être un substituant du béton traditionnel.

Mots clés : béton de sable, formulation, ouvrabilité, homogénéité, compacité, résistance.

ABSTRACT

The concrete of sands sets up its advantages on different qualities such as workability,

homogenously, compactness and appearance. It provides new possibilities in terms of appliance,

through the work of concrete in any places where sands set in. As far as concrete dose is

concerned, we have observed from a laboratory test that the Baron-Ollivier formulation is nearly

to the best one in terms of concrete; and it provides as well as safe margin upon the normal

resistance. It allows to reduce a sudden error and to get much more concrete performance. The

master of these staffs makes the concrete of sands be a substituent of the traditional concrete.

Keywords: concrete of sands, formulation, workability, homogenously, compactness, resistance.

Auteur : RAMAROSANDRATANA Edmond

Rapporteur : Monsieur RAVALINIAINA Jean Désiré

Enseignant à l’ESPA

Documents

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