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MÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDES Sujet: Détermination des valeurs du module d’élasticité des bétons des granulats légers don’t f’c = 17- 35 MPa Professeur scientifique : THAI Khac Chien Vérificateur : DANG Thuy Chi Étudiant : MAI Van Trung Classe: Matériaux Avancés Promotion : 52 Code d’étudiant : 1122004 École Supérieure de Transport et de Communication Centre Internationale de l’éducation Filière: Matériaux Avancés MAI Van Trung 1

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MÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDESSujet:Détermination des valeurs du module d’élasticité des bétons des granulats légers don’t f’c = 17-35 MPa

Professeur scientifique : THAI Khac ChienVérificateur : DANG Thuy Chi

Étudiant : MAI Van TrungClasse: Matériaux Avancés

Promotion : 52Code d’étudiant : 1122004

École Supérieure de Transport et de CommunicationCentre Internationale de l’éducationFilière: Matériaux Avancés

MAI Van Trung 1

Plan de l’exposition 1. Problématique et objectif

2. Généralité du béton de granulats légers 3. Conception et Calculation4. Les résultats et les analyses5. Conclusion

MAI Van Trung2

1.1. Problématique Les granulats légers usuels sont l’argile expansée d’une masse

volumique variable entre 400 et 800 kg/m3.Ils permettent de réaliser aussi bien des bétons de structure.Les bétons de granulats légers ont une masse volumique comprise

entre 650 et 2000 kg/m3.On n’utilise pas beaucoup au Viet Nam et il est encore un des

nouveaux matériaux.

MAI Van Trung

1. Problématique et objectif

3

1.2. Objectif1. Problématique et objectif

Obje

ctif:

1. Etudier la méthode de formation la composition du béton

2. Mesurer et déterminer les valeurs du module d’élasticité

MAI Van Trung 4

2.1. Introduction du béton de granulats légers (BGL)2.2. Avantages et désavantages du BGL2.3. Comportements mécaniques du BLG 2.3.1. La résistance à la compression 2.3.2. Le module d’élasticité

2. Généralité du béton de granulats légers

MAI Van Trung5

2.1. Le béton de granulats légers (BGL)Le béton est un matériau composite : ciment, eau, granulats

(sable, gravillon…), adjuvants.Le béton de granulats légers est concrète que lors de la

production, il est possible de remplacer des granulats naturels qui ont grands poids par des granulats légers tels que du gravier, du sable ou des cendres volantes, la polystyrol mousse ou des billes, ... pour le béton fini auront une masse volumique beaucoup plus petit que le béton classique.

MAI Van Trung

2. Généralité du béton de granulats légers

6

2.1. Le béton de granulats légers (BGL) Les bétons légers sont composés de granulats légers, à savoir de

l’argile expansé, de verre expansé ou de verre cellulaire. Pour ce projet, les granulats de l’argile expansé de la compagnie BEMES sont utilisé.

2. Généralité du béton de granulats légers

Fig 1.Granulats légers BEMES

Fig 2. Quelles tailles des grains de granulats légers

MAI Van Trung7

2.2.1. Avantages- Le béton est résistant au gel et dégel- Le béton est résistant au produit chimique - Il a une faible conductibilité thermique- Il est résistance à la compression- Sa masse volumique est relativement basse (650 à 2000 kg/m3)- Sa résistance aux feux est meilleure qu’un béton normal)

2. Généralité du béton de granulats légers 2.2. Avantages et désavantages du béton léger

MAI Van Trung8

2.2.2. Désavantages- Le prix est plus élevé à cause de l’unilisation de granulats légers,

malaxage du béton plus long- La mise en place est délicate car le béton est plus sensible- Il est difficile de le mettre en place avec une pompe à béton- Le module d’élasticité E est inférieur à celui du béton normal

2. Généralité du béton de granulats légers

MAI Van Trung

2.2. Avantages et désavantages du béton léger

9

2. Généralité du béton de granulats légers

2.3.1. La résistance à la compression

2.3. Comportements mécaniques du BLG

MAI Van Trung 10

Relation de contraite et déformation

2. Généralité du béton de granulats légers

2.3.1. La résistance à la compression

Facteurs influant sur la résistance à la compression

Caractéristiques des

granulats légers

La masse volumique

des granulats

La résistance des grains

La taille des grains

L’aborption des

granulats

Composition des bétons

Le rapport Eau/Ciment

Le rapport volumique

Granulat/BétonLa teneur en ciment

La résistance du ciment

2.3. Comportements mécaniques du BLG

Les facteurs influent sur la résistance à la compressionMAI Van Trung 11

Le rapport Eau/Cimen

t

Le rapport volumique

Granulat/Béton

Le module d’élasticité E est la rigidité d’un matériau définie à partir des courbes de contrainte en fonction de la déformation.

Le module d’élasticité E est la résultante de la combinaison des modules particuliers des constituants, de leur proportion et de leurs liaisons.

Le module d’élasticité d’un béton léger atteint la proportion de ½ à ¾ de celui d’un béton traditionnel de même résistance.

2. Généralité du béton de granulats légers

2.3.2. Le module d’élasticité statique 2.3. Comportements mécaniques du BLG

MAI Van Trung12

2. Généralité du béton de granulats légers

2.3.2. Le module d’élasticité statique 2.3. Comportements mécaniques du BLG

Facteurs influant sur le module d’élasticité

Le chargement et la teneur en humidité

Paramètres expérimentale

s

Le rapport Eau/Ciment

La matrice de la pâte de ciment

La porosité de la structure de la zone de

transition entre l’agrégat – la pâte de ciment

La zone de transition

Le module E

de granulat

La porosité

La fraction volumique

de granulat

Agrégats

MAI Van Trung13Les facteurs influent sur la résistance à la

compression

Le rapport Eau/Cimen

t

La fraction volumique

de granulat

2. Généralité du béton de granulats légers

2.3.2. Le module d’élasticité statique

2.3. Comportements mécaniques du BLG

Méthodes ASTM C469 – 94La formule à calculer le module d’élasticité : E = (S2 – S1) / (ε2 – 0,00005)D’où :E = Module d’élasticité statique, GPaS2 = Contrainte à 40 % de la charge ultime,S1 = Contrainte à une déformation longitudinale, de 5.10-3 ‰ε2 = Déformation longitudinale à la contrainte S2

Fig 3. Équipements pour tester le module

d’élasticité MAI Van Trung14

2. Généralité du béton de granulats légers

2.3.2. Le module d’élasticité statique 2.3. Comportements mécaniques du BLG

Méthodes de calculation ED’après ACI03 [4] : D’après l’Eurocode 2 (EN1992-1-1) :D’après ZHANG, GJORV [5] : D’après SLATE, NILSON, MARTINEZ [6]:

MAI Van Trung15

Les matériaux

utilisés

Ciment Porland But Son PC 40

Granulat léger Sable Eau La fumée

de Silice

SuperplastifiantSIKA

VISCOCRETE® 3000 – 20M

3. Conception et Calculation

La norme ACI 211.2-98 pour concevoir le BGL: “Standard Practice for Selecting Proportions for Structural Lightweight Concrete”

3.1. Choisir les matériaux utilisés

MAI Van Trung16

E/C = 0,3 CP1-0,3-SF.SP. 0,1

CP1-0,3-SF.SP. 0,1

CP1-0,3-SF.SP. 0,1

Vg/Vb 0,5 0,6 0,7

Matériaux sec

C= 510 510 510E= 170 170 170S= 876 727 578G= 347 416 485SF= 57 57 57SP 7,7 7,7 7,7

Total 1967 1887 1807

Matériaux humides

C= 510 510 510E= 174 174 173S= 880 731 581G= 386 463 540SF= 57 57 57SP 7,65 7,65 7,65

Total 2015 1941 1868

3. Conception et Calculation3.2. Les compositions des bétons

E/C= 0,26CP2-0,26-

SF.SP. 0,15

CP2-0,26-SF.SP. 0,15

CP2-0,26-SF.SP. 0,15

Vg/Vb 0,5 0,6 0,7

Matériaux sec

C= 523 523 523E= 160 160 160S= 848 699 550G= 347 416 485SF= 92 92 92SP= 7,85 7,85 7,85Total 1978 1898 1818

Matériaux humides

C= 523 523 523E= 164 164 163S= 852 702 552G= 388 466 543SF= 92 92 92SP= 7,85 7,85 7,85Total 2028 1955 1882

MAI Van Trung17

4.1. Les résultats

4.2. Le module d’élasticité

4.3. Influence de la fraction volumique des granulats légers sur le module d’élasticité des bétons de granulats légers 4.4. Influence de résistance en compression sur le module d’élasticité des bétons des granulats légers4.5. Influence de la fraction des granulats légers sur la résistance à la rupture des bétons des granulats légers 4.6. Influence de la masse volumique sur le module d’élasticité et la résistance en compression des bétons légers

4.7. Confrontation des résultats expérimentaux avec les formules empiriques

4. Résultats et Analyses

MAI Van Trung 18

4.1. Les résultatsCompositions

Noρ ρmoyen  R Rmoyen E Emoyen

E/C Vg/Vb (kg/m3) (kg/m3) (Mpa) (Mpa) (Mpa) (Mpa)

0,26

0,7E1 1716

173431,1

31,220525

21496,7E2 1730 31,7 21760E3 1755 30,8 22205

0,6E1 1794

183132,6

3323358

24210,3E2 1840 32,9 23557E3 1858 33,6 25716

0,5E1 1966

200335,6

36,125054

25795,7E2 2010 36,5 25975E3 2033 36,2 26358

0,3

0,7E1 1770

175517

17,611860

11798E2 1754 18,2 12210E3 1741 17,7 11324

0,6E1 1812

179922,5

22,616372

15628,3E2 1805 23,7 15272E3 1781 21,5 15241

0,5E1 1934

194129,6

29,619285

19058,7E2 1955 30,1 19507E3 1935 29 18384

4. Résultats et Analyses

MAI Van Trung 19

0,26-0,5 0,26-0,6 0,26-0,7 0,3-0,5 0,3-0,6 0,3-0,70

5000

10000

15000

20000

25000

30000

E1 E2 E3Le type de béton

Mod

ule

d'él

astic

ité

(Mpa

)

0,26-0,5 0,26-0,6 0,26-0,7 0,3-0,5 0,3-0,6 0,3-0,75000

10000

15000

20000

25000

30000

25795.724210.3

21496.7

19058.7

15628.3

11798.0

Mod

ule

d'él

astic

ité

(Mpa

)

4.2. Le module d’élasticité

MAI Van Trung

4. Résultats et Analyses

20

4.3. Influence de la fraction volumique des granulats légers sur le module d’élasticité des bétons

0.5 0.6 0.75000

10000

15000

20000

25000

30000

2579524210

21497

19059

15728

12798

f(x) = − 2149.16666666665 x + 28132.3333333333R² = 0.977520212992279

f(x) = − 3130.33333333335 x + 22122.3333333334R² = 0.998641164048629

E/C=0,26

Linear (E/C=0,26)

E/C=0,3

Linear (E/C=0,3)La fraction volumique des granulats léger

Mod

ule

d'él

astic

itté

(M

Pa)

Compositions Emoyen

E/C Vg/Vb (Mpa)

E/C=0,26

0,7 21496,7

0,6 24210,3

0,5 25795,7

E/C =0,3

0,7 12798

0,6 15728

0,5 19058,7

MAI Van Trung

4. Résultats et Analyses

21

4.4. Influence de résistance en compression sur le module d’élasticité des bétons légers

Compositions Rmoyen Emoyen

E/C Vg/Vb (Mpa) (Mpa)

E/C=0,2

6

0,7 31,2 21497

0,6 33 24210

0,5 36,1 26662

E/C =0,3

0,7 17,6 11798

0,6 22,6 15628

0,5 29,6 19059

15 20 25 30 35 405000

10000

15000

20000

25000

30000

f(x) = 840.282192277478 x − 4268.54887505787

f(x) = 600.497198302502 x + 1530.1040439207

0,3-0,7

0,3-0,6

0,3-0,5

0,26-0,7

0,26-0,6

0,26-0,5

La résistance en compression (Mpa)

Le m

odul

e d'

élas

ticité

(M

pa)

MAI Van Trung

4. Résultats et Analyses

22

4.5. Influence de la fraction des granulats légers sur la résistance à la rupture des bétons

0.5 0.6 0.70

5

10

15

20

25

30

35

40

35.6

32.631.1

29.6

22.6

17.6

f(x) = − 2.25 x + 37.6R² = 0.964285714285714

f(x) = − 5.9666666666667 x + 35.188888888889R² = 0.990101355527173

E/C=0,26

Linear (E/C=0,26)

E/C=0,3

Linear (E/C=0,3)La fraction volumique des granulats légers

La

rési

stan

ce (

MPa

)

Compositions Rmoyen

E/C Vg/Vb (Mpa)

E/C=0,26

0,7 31,1

0,6 32,6

0,5 35,6

E/C =0,3

0,7 17,6

0,6 22,6

0,5 29,6

MAI Van Trung

4. Résultats et Analyses

23

4.6. Influence de la masse volumique sur le module d’élasticité des bétons légers et la résistance en compression

1716 1730 1755 1794 1840 1858 1966 2010 203310000

15000

20000

25000

30000

27

29

31

33

35

37

39

f(x) = 733.883333333333 x + 20164.8055555556R² = 0.945087704630196

E/C=0,26

Module d'élasticité Linear (Module d'élasticité)La résistance Linear (La résistance)

La masse volumique du béton

Mod

ule

d'él

astic

ité

(MPa

)

La r

ésis

tanc

e (

MPa

)

1741 1754 1770 1781 1805 1812 1934 1935 19555000

10000

15000

20000

5

10

15

20

25

30

35

f(x) = 1120.58333333333 x + 9892.08333333333R² = 0.929102305831893

E/C=0,3

Module d'élasticité Linear (Module d'élasticité)la résistance Linear (la résistance)

La masse volumique du béton léger

Mod

ule

d'él

astic

ité

(MPa

)

La r

ésis

tanc

e (

MPa

)

MAI Van Trung

4. Résultats et Analyses

24

4.6. Influence de la masse volumique sur le module d’élasticité des bétons légers et la résistance en compression

1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 20505000

10000

15000

20000

25000

30000

E/C=0,26Polynomial (E/C=0,26)E/c=0,3Polynomial (E/c=0,3)

La masse volumique (kg/m3)

Mod

ule

d’él

astic

ité

(Mpa

)

Compositions ρ ρmoyen  E Emoyen

E/C Vg/Vb (kg/m3) (kg/m3) (Mpa) (Mpa)

0,26

0,71716

173420525

21496,71730 217601755 22205

0,6

1.794

183123358

24210,31.840 235571858 25716

0,51966

200325054

25795,72010 259752033 26358

0,3

0,71770

175511860

117981754 122101741 11324

0,61812

179916372

15628,31805 152721.781 15241

0,51934

194119285

19058,71955 195071935 18384

MAI Van Trung

4. Résultats et Analyses

25

4.7. Confrontation des résultats expérimentaux avec les formules empiriques

Compostions ρmoyen Rmoyen EmoyenEcalcul moyen (MPa)

E/C Vg/Vb (kg/m3) (Mpa) (Mpa) ACI ZHA EN SLA

0,26

0,7 1734 31,221496,

717337,

816372,

019220,

116000,

3

0,6 1831 3324210,

319357,

918072,

021801,

317724,

6

0,5 2003 36,125795,

723160,

321241,

326803,

520955,

1

0,3

0,7 1755 17,611798,

013275,

514051,

516597,

113377,

5

0,6 1799 22,615628,

315590,

815707,

818786,

315092,

4

0,5 1941 29,619058,

719999,

519089,

623714,

718596,

7

Formule ACI ZHA EN SLA

Écart moye

n

E/C=0,26

16,5 % 22,2 % 8,1 % 23,7 %

E/C=0,3 7 % 7,8 % 28,5 % 6,6 %

MAI Van Trung

4. Résultats et Analyses

26

4.7. Confrontation des résultats expérimentaux avec les formules empiriques

15000 20000 25000 3000015000

20000

25000

30000 ACI

E_exp (MPa)

E_Ca

lcul

(M

Pa)

15000 20000 25000 3000015000

20000

25000

30000 ZHA

E_exp (MPa)

E_Ca

lcul

(M

Pa)

15000 20000 25000 3000015000

20000

25000

30000 EN

E_exp (Mpa)

E_Ca

lcul

(M

Pa)

15000 20000 25000 3000015000

20000

25000

30000 SLA

E_exp (MPa)

E_Ca

lcul

(M

Pa)

0.4 0.5 0.6 0.710000.0

15000.0

20000.0

25000.0

E/C=0,26

ACI ZHAEN SLAExpérimental Linear (Expérimental)

La fraction volumique de granulat Le m

odul

e d'

élas

ticité

(M

pa)

MAI Van Trung

4. Résultats et Analyses

27

4.7. Confrontation des résultats expérimentaux avec les formules empiriques

10000 15000 20000 2500010000

15000

20000

25000 ACI

E_exp (Mpa)

E_Ca

lcul

(M

Pa)

10000 15000 20000 2500010000

15000

20000

25000 ZHA

E_exp (Mpa)

E_Ca

lcul

(M

Pa)

10000 15000 20000 2500010000

15000

20000

25000 EN

E_exp (Mpa)

E_Ca

lcul

(M

Pa)

10000 15000 20000 2500010000

15000

20000

25000 SLA

E_exp (Mpa)

E_Ca

lcul

(M

Pa)

0.4 0.5 0.6 0.75000

10000

15000

20000

25000E/C=0,3

ACI ZHAEN SLAExpérimental Linear (Expérimental)

La fraction volumique de granulat

Le M

odul

e d'

élas

ticité

(M

pa)

MAI Van Trung

4. Résultats et Analyses

28

5. Conclusion

Pour le béton qui a le taux E/C=0,26, le module d’élasticité est de 21 à 26 GPa. Et il est de 11 à 19 GPa pour le béton qui a le taux E/C=0,3.

L’analyse du comportement mécanique des bétons des granulats légers montre que le module d’élasticité de ces bétons apparaît fortement lié au rapport eau sur ciment et au volume des granulats légers (argile expansé) utilisés dans la fabrication des bétons légers

La fraction volumique de granulats légers est inversement proportionnelle au module d’élasticité et la résistance en compression du béton.

Et quand la masse volumique des échantillons augmente, le module d’élasticité et la résistance en compression sont augmentés.

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