Présenté par : RAKOTONIAINA Volasolo

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1 UNIVERSITE D ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D ANTANANARIVO DEPARTEMENT SCIENCES DES MATERIAUX MEMOIRE DE FIN D ETUDE EN VUE DE L OBTENTION DU DIPLOME D ETUDES APPROFONDIES (D.E.A) Option : Sciences des Matériaux CONTRIBUTION A L ETUDE DU BETON DE SABLE - APPLICATIONS Présenté par : RAKOTONIAINA Volasolo Promotion 2006

2 UNIVERSITE D ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D ANTANANARIVO DEPARTEMENT SCIENCES DES MATERIAUX MEMOIRE DE FIN D ETUDE EN VUE DE L OBTENTION DU DIPLOME D ETUDES APPROFONDIES (D.E.A) Option : Sciences des Matériaux CONTRIBUTION A L ETUDE DU BETON DE SABLE - APPLICATIONS Date de Soutenance : 03 Aout 2007 Présenté par : RAKOTONIAINA Volasolo MEMBRE DE JURY : Président : Monsieur RAMANANTSIZEHENA Pascal, Directeur de l Ecole Supérieure Polytechnique d Antananarivo. Membres du Jury : Docteur RANARIVELO Michel, Chef de Département Sciences des Matériaux et Métallurgie ; Professeur ANDRIANARY Philippe, Chef de Département Génie Chimique ; Docteur RANDRIANARIVELO Fréderic, enseignant du Département Sciences des Matériaux et Métallurgie. Rapporteur : Professeur RANAIVONIARIVO Gabriely, Responsable de la formation en 3 ème cycle dans le Département Sciences des Matériaux

3 REMERCIEMENTS Ce mémoire n a pas pu voir le jour sans l aide et la collaboration de plusieurs personnes à qui nous adressons nos vifs et sincères remerciements. En particulier, nous adressons notre profonde reconnaissance à : Monsieur RAMANANTSIZEHENA Pascal, Directeur de l Ecole Supérieure Polytechnique d Antananarivo qui a accepté de présider ce mémoire et qui a donné son aval quant à la tenue de cette soutenance ; Les honorables Membres du Jury : - Docteur RANARIVELO Michel, Chef de Département Sciences des Matériaux et Métallurgie ; - Professeur ANDRIANARY Philippe, Chef de Département Génie Chimique ; - Docteur RANDRIANARIVELO Fréderic, Enseignant du Département Sciences des Matériaux et Métallurgie ; qui malgré leurs responsabilités, ont bien voulu accepter d examiner ce mémoire ; Monsieur RANAIVONIARIVO Gabriely, Professeur à l Ecole Supérieure Polytechnique d Antananarivo, responsable de la formation en 3ème cycle dans le Département Sciences des Matériaux et Rapporteur du présent mémoire. Il nous a suggéré ce sujet de mémoire et, de sa large compréhension, il a consacré son précieux temps à diriger nos travaux. Nous sommes reconnaissants de sa haute directive du présent ouvrage Tous les Enseignants de l Ecole Supérieure Polytechnique d Antananarivo qui ont contribué à notre formation qualifiante ; Toute ma famille ; Tous ceux qui ont contribué de près et de loin dans la réalisation de ce mémoire. Sur ce merci!

4 Sommaire REMERCIEMENT SOMMAIRE LISTE DES TABLEAUX LISTE DES FIGURES LISTE DES ABREVIATIONS INTRODUCTION GENERALE Partie : I ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE INTRODUCTION A QUELQUES NOTIONS SUR LE BETON CHAPITRE I / GENERALITES CHAPITRE II / LES DIFFERENTES CARACTERISTIQUES DU BETON CHAPITRE III / DIFFERENTS TYPES DE BETONS ET UTILISATIONS - ADDITIFS CHAPITRE IV / FORMULATION DU BETON B / BÉTON DE SABLE CHAPITRE V / GENERALITES CHAPITRE VII / CONCLUSION PRATIQUES D UTILISATION DES BETONS DE SABLE Partie : II ETUDE EXPERIMENTALE - APPLICATIONS INTRODUCTION CHAPITRE VIII / DESCRIPTION ET CARACTERISATION DES ESSAIS CHAPITRE IX / METHODES DE FORMULATION DES BÉTONS DE SABLE CHAPITRE X / ESSAI DE FABRICATION DE BETON DE SABLE CHAPITRE XI / AVANTAGES ET LIMITE D EMPLOI DES BETONS DE SABLE CONCLUSION GENERALE BIBLIOGRAPHIE ANNEXES

5 LISTE DES TABLEAUX Tableau n 01 : Les cinq types de ciment de la norme européenne. Tableau n 02 : Les différents types de ciment selon la norme NF EN Tableau n 03 : Exigences sur les caractéristiques physiques et chimiques du ciment selon la norme NF P Tableau n 04 : Valeur de A / (A+C) de la norme XP P Tableau n 05 : Tableau n 06 : Tableau n 07 : Tableau n 08 : Tableau n 09 : Tableau n 10 : Impuretés admissibles dans l'eau de gâchage Liste des principaux adjuvants Utilisations des adjuvants Valeur de k en fonction de la nature du ciment Dosage minimal en ciment facteurs de résistance et d'ouvrabilité Tableau n 11 : Affaissement au cône d'abrams (selon NFP ) Tableau n 12 : Tableau n 13 : Tableau n 14 : Tableau n 15 : Tableau n 16 : Tableau n 17 : Tableau n 18 : Valeur du coefficient granulaire G avec vibration Correction en pourcentage sur le dosage en eau en fonction de la dimension maximale D des granulats Teneur en eau approximative des granulats courants en litres pour un mètre cube de matériau (en volume apparent) Propretés du sable à l'aide de l'équivalent de sable Valeur du terme correcteur K en fonction du dosage en ciment, de la puissance de la vibration et de l'angularité des granulats Valeur du coefficient de compacité Le dosage minimum en ciment en fonction du diamètre (D) du granulat employé Tableau n 19 : Caractéristiques de l'eau exigés selon la norme NFP Tableau n 20 : Interpretation vis-à-vis des moyens de mise en place

6 Tableau n 21 : Classes de résistance des bétons routiers, selon la norme NF P Tableau n 22 : Temps de vibration pour la mise en place du béton Tableau n 23 : Résultat d analyse granulométrique du sable de rivière 1 Tableau n 24 : Résultat d analyse granulométrique du sable de rivière 2 Tableau n 25 : Tableau n 26 : Tableau n 27 : Tableau n 28 : Tableau n 29 : Tableau n 30 : Résultat d analyse granulométrique du sable de carrière Résultat d analyse granulométrique du sable de dunes Caracteristique du ciment utilisé Caracteristique de l eau Caracteristiques des fines d ajout Caracteristiques des adjuvants Tableau n 31 : Résultats des essais avec sable de rivière 1 Tableau n 32 : Résultats des essais avec sable de rivière 2 Tableau n 33 : Tableau n 34 : Tableau n 35 : Tableau n 36 : Résultats des essais avec sable de carrière Résultats des essais avec sable de dunes Les valeur de Filler/C correspondant à la valeur de R C28 maximum Exemple calcul de la quantité de sable Tableau n 37 : Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de rivière 1 Tableau n 38 : Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de rivière 2 Tableau n 39 : Tableau n 40 : Tableau n 41 : Tableau n 42 : Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de carrière. Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de dunes. Exemple de calcul n 1, résultats du modèle Alizé Exemple de calcul n 2, résultats du modèle Alizé

7 LISTE DES FIGURES Figure n 01 : Figure n 02 : Figure n 03 : Figure n 04 : Figure n 05 : Influence du dosage et l'âge du béton sur la résistance à la compression procédures de formulation de béton Abaque permettant d'évaluer approximativement le dosage en ciment à prévoir en fonction du rapport C/E et de l'ouvrabilité désirée (affaissement au cône). Variation de la correction en eau si la dimension maximale des granula est différente de 25mm Fuseaux proposés pour la granularité des sables à béton Figure n 06: Analyse granulométrique Norme NFP Figure n 07 : Figure n 08 : Figure n 0 9 : Figure n 10 : Figure n 11 : Figure n 12 : Figure n 13 : Figure n 14 : Figure n 15 : Figure n 16 : Figure n 17 : Figure n 18 : Proportion du gravillon dans le béton Influence de la nature du sable sur la maniabilité (avec fines d addition calcaires) Effets du dosage et de la finesse de d addition sur la résistance Influence de la nature de l addition sur le niveau de résistance Effets de la granularité sur la résistance Variation de l adherence d une armature en fonction de la formulation Influence de la résistance en traction du béton de sable sur l adhérence des armatures Courbe de fatigue Retrait d auto-dessiccation Retrait total Fluage d auto-dessiccation Fluage total Figure n 19 : Courbe d analyse granulométrique sable de rivière 1 Figure n 20 : Courbe d analyse granulométrique sable de rivière 2 Figure n 21 : Figure n 22 : Courbe d analyse granulométrique sable de carrière Courbe d analyse granulométrique sable de dune

8 Figure n 23 : Figure n 24 : Figure n 25 : Figure n 26 : Figure n 27: Figure n 28: Figure n 29: Figure n 30: Figure n 31: Figure n 32: Iinfluence du diamètre D du sable sur le dosage en fines Influence de la dimension d sur la porosité minimale du béton pour deux tailles D du sable Rélation entre ouvrabilité et le dosage (e+v) d une matrice pour une mise en œuvre donnée Coefficient d activité du filler calcaire (modèle) Etape de calcul de la formulation du béton de sable Caractérisation des matériaux utilisés Choix de l action à effectuer Presentation des résultats sous forme tabulaire Détermination des composition à partir du R C28 Détermination des composition à partir du R C28 Figure n 33: Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de rivière 1 Figure n 34: Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de rivière 2 Figure n 35: Figure n 36: Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de carrière Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de dunes Figure n 37: Courbes de R C28 en fonction de filler/c pour le sable de rivière 1 Figure n 38: Courbes de R C28 en fonction de filler/c pour le sable de rivière 2 Figure n 39: Figure n 40: Courbes de R C28 en fonction de filler/c pour le sable de carrière Courbes de R C28 en fonction de filler/c pour le sable de dune Figure n 41: Courbes de R C28 en fonction du dosage C pour le sable de rivière 1 Figure n 42: Courbes de R C28 en fonction du dosage C pour le sable de rivière 2 Figure n 43: Figure n 44: Courbes de R C28 en fonction du dosage C pour le sable de carrière Courbes de R C28 en fonction du dosage C pour le sable de dune Figure n 45: Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de rivière 1 Figure n 46: Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de rivière 2 Figure n 47: Figure n 48: Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de carrière Courbes de K en fonction du rapport Fil/C pour le sable de dunes

9 LISTE DES ABREVIATIONS

10 A A 1 b BAC BBTM BB BS c C C' CHF CLC CLK CPA CPJ CPZ Poids de l'addition utilisée. Affaissement au cône Pente de la courbure de la fatigue Béton armé continu Dalle épaisse de béton de sable goujonnée ou armée, revêtue d'un béton bitumineux très mince Béton Bitumineux Béton de sable Volume de ciment Poids de ciment CPA, Liant équivalent Ciment de haut Fourneau Ciment aux cendres volantes Ciment de Laitier au Clinker Ciment portland Artificiel Ciment portland jumelé Ciment portland pouzzolane CV Dosage en cendres volantes d abs Densité absolue d app Densités apparente E Module d élasticité f Finesse Blaine FS CBR Filler silicieux cendre de balle de riz FC Cipolin Filler calcaire comme Cipolin FIL Dosage en filler calcaire FS Dosage en fumée de silice G Coefficient granulaire F CE Classe vraie du ciment à 28 jours en Mpa d Dimension du tamis retenant 90% du granulat d 1 la plus grande des passoires, sur laquelle on recueille les plus gros éléments [mm] d 2 Passoire immédiatement inférieure (mm] D Dimension du tamis retenant 10 % du granulat D 1 Fumée de silice e Volumes d eau e ex Quantité excédentaire d'eau f t Résistance en fendage à 28j g- G Augmentation de la grosseur des grains de valeur g à la valeur G j jour k c Coefficient de calage k d Coefficient de discontinuité k r Coefficient de risque k s Coefficient de portance k t Coefficient de thermique k 1 Coefficient de prise en compte utilisé, k 2 Coefficient dépendant de la nature du ciment et du mode de serrage selon la formule de Feret Constante donnée en fonction de la nature du ciment et de l'âge du béton selon la formule de Bolomey Caractérisent la nature ou l'énergie du liant à un âge déterminé k 4

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12 Introduction générale sable béton de 2007 INTRODUCTION GENERALE D.E.A Sciences des materiaux 1

13 Introduction générale sable béton de 2007 Les infrastructures constituent non seulement un indicateur permettant d évaluer le niveau de développement d un pays mais surtout une base de ce développement lui-même. Leur efficacité réside en pratique dans leur durabilité qui est essentiellement assurée par celle du béton. Ce dernier est constitué de plusieurs éléments à savoir le gravillon, le sable, le ciment, l adjuvant, etc.le gravillon joue un rôle essentiel du point de vue dureté. Pourtant, une contrainte en matière d utilisation de cet élément est due au fait qu il n est disponible que dans certaines régions alors que le sable est en abondance dans la nature. Face à telle situation, l étude du béton de sable a été menée dans le but de rendre possible l utilisation de béton sans gravillon, sans pour autant perdre les performances techniques essentielles. Telle technicité a fait l objet de nombreuses études, en particulier, en France et au Canada. A Madagascar, elle présente un intérêt économique important en résolvant, à titre d exemple, le problème d absence des gravillons dans les zones côtières. Ainsi, on assiste à une valorisation des ressources en sable assez abondantes dans nombreuses zones de la Grande île. Etant donné les intérêts indubitables qu apporte le béton de sable, une étude sur ses applications est à promouvoir chez nous. Aussi, serions-nous amenés à axer notre thème de mémoire sur la «Contribution à l étude du béton de sable applications». L objectif consiste donc à renforcer l étude de béton de sable en nous inspirant des formules existantes pour assurer la durabilité de l ouvrage. Pour atteindre cet objectif, notre plan sera divisé en deux parties. La première partie sera consacrée à l Etude bibliographique. On entamera dans la deuxième partie l Etude expérimentale et les applications. D.E.A Sciences des materiaux 2

14 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Partie : I ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE Partie : I ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE D.E.A Sciences des materiaux

15 Etude bibliographique béton de sable 2007 INTRODUCTION L idée à l origine de la création du béton de sable actuelle a été développé depuis longtemps. En effet, ses ancêtres ont vu le jour il y a un siècle et demi. Cependant, la modélisation de calcul, contenu dans nombreux ouvrages, ne cesse d être améliorée. Afin de pouvoir bien développer l étude de béton de sable, il faut se rendre compte de ces ouvrages existants. C est ainsi que nous abordons notre recherche à l étude bibliographique. Nombreuses sont les études faites et les documents déjà élaborés en matière de béton de sable et le présent ouvrage tâche de réunir tous ces renseignements en dispersion. Or, le béton de sable n est autre qu une famille de béton classique, il convient, ainsi, d examiner en premier lieu les compositions minéralogiques, les différentes caractéristiques, les types existants et la méthode de formulation du béton classique. Après, nous allons voir ce qui est du béton de sable, une section qui aborde des études sur des généralités.. D.E.A Sciences des materiaux 2

16 Etude bibliographique béton de sable 2007 A QUELQUES NOTIONS SUR LE BETON CHAPITRE I / GENERALITES CHAPITRE I / GENERALITES I / Définition On traite ici comme béton tout aggloméré composé 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 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 3600 ans 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 D.E.A Sciences des materiaux 3

17 Etude bibliographique béton de sable 2007 élévation. Coignet exécuta, en l847, 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 Saint- Denis). Le béton armé de fers ronds apparut en 1848, avec le bateau Lambot, 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 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 Ful1er 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 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 matériau. III 1 / Liants D.E.A Sciences des materiaux 4

18 Etude bibliographique béton de sable 2007 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 les ciments. On distingue deux sortes de ciments : o Les ciments proprement dits; o Les ciments équivalents. III-1-1/ Les ciments Définition Les ciments sont des liants hydrauliques fabriqués à partir : o Du clinker qui est obtenu par cuisson, jusqu'à fusion partielle, d'un mélange dosé et homogénéisé comprenant essentiellement de la chaux, de la silice, de l'alumine et l'oxyde de fer; o Du laitier qui est obtenu par refroidissement brusque de la scorie en fusion provenant des hauts fourneaux; o De la pouzzolane ou des cendres volantes en provenance des centrales thermiques; o Des fillers qui sont obtenus par broyage de roches de qualités convenables et qui, par leur granularité, agissent sur certaines qualités des ciments (maniabilité,...). Normalisation et classification Les ciments et la normalisation Plusieurs normes sont utilisées, pour la normalisation des ciments. 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 publée par 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 D.E.A Sciences des materiaux 5

19 Etude bibliographique béton de sable 2007 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 n 01 : Les cinq types de ciment de la norme européenne. Type Ciment Portland Ciments Portland composés Ciment de haut fourneau Ciment pouzzolaniques Ciments composés Désignation CEM I CEM II / A ou B CEM III / A,B ou C CEM IV / A ou B CEM V / A ou B Les ciments de la norme NF EN (ciments courants) Les ciments de la norme NF EN 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 courants. D.E.A Sciences des materiaux 6

20 Etude bibliographique béton de sable 2007 Tableau n 02 Les différents types de ciment selon la norme NF EN Type Notation composition (en % en masse) Dénomination Symbole (2) Clinker Constituants principaux Constituants secondaires CEM I Ciment Portland CEM I CEM II Ciment Portland au laitier Ciment Portland à la fumée de silice (3) Ciment Portland à la pozzolane Ciment Portland aux cendres volantes CEM II/A - S CEM II/B - S CEM II/A D CEM II/A - P CEM II/B - P CEM II/A - Q CEM II/B - Q CEM II/A - V CEM II/B - V CEM II/A - W CEM II/B - W Ciment Portland CEM II/A T au schiste calciné CEM II/B T Ciment Portland au calcaire CEM II/A - L CEM II/B - L CEM II/A - LL CEM II/B - LL Ciment Portland CEM II/A - M composé (4) (5) CEM II/B - M CEM III CEM IV ciment de haut fourneau (6) CEM III/A CEM III/B CEM III/C Ciment CEM IV/A pouzzolaniques (5) (7) CEM IV/B CEM V Ciment composé (5) CEM V/A CEM V/B (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) : o A : 6 à 20 % D.E.A Sciences des materiaux 7

21 Etude bibliographique béton de sable 2007 o B : 21 à 35 % o C : 36 à 65 % Nombre : la lettre M pour signaler qu'on a au moins 2 constituants principaux Noms : o S : laitier de haut fourneau o D 1 : fumée de silice o P : pouzzolane naturelle o Q : pouzzolane naturelle calcinée o V : cendres volantes siliceuses o W : cendres volantes calciques o T : schiste calciné o 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. D.E.A Sciences des materiaux 8

22 Etude bibliographique béton de sable 2007 Tableau n 03 Exigences sur les caractéristiques physiques et chimiques du ciment selon la norme NF P PROPRIETES Perte au feu Oxyde de magnésium Résidu insoluble Sulfates (SO 3 ) Chlorure TYPE DE CIMENT CPA CHF CLK CLASSE DE RESISTANCE EXIGENCES (%) Toutes classes 5,0 CPA Toutes classes 5,0 CPA CHF Toutes classes 5,0 CLK 35 CPA 35R < 3,5 CPJ 45 CPZ 45R CLC 55 55R < 4,0 CHF Toutes classes Toutes classes sauf Tous types 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 définit précisément le liant équivalent et les conditions d'emploi des additions par : o un rapport maximal addition / addition + ciment CPA qui dépend de la nature de l'addition et de la classe de l'environnement ; o un coefficient K de prise en compte des additions, spécifique à leur nature ; o le liant équivalent C'est ainsi définit par la relation : C = C + k 1 A ; [1] o La hauteur maximale d'addition prise en compte dans le liant équivalent est fixé par A / (A+C) ; Avec, D.E.A Sciences des materiaux 9

23 Etude bibliographique béton de sable 2007 k 1 = 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 n 04 Valeur de A / (A+C) de la norme XP P ,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 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 , est exprimée en cm 2 /g. En générale, elle est de 2700 à 3500cm 2 /g (surface spécifique Blaine). La masse volumique des ciments est, en générale de 800 à 1200kg/m 3 et la masse volumique réelle varie en générale de 2900 à 3200kg/m 3, 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 ou extraits du lit de rivières. 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 : En fonction de leur origine : o Granulats naturels, issus de roches meubles ou massives et qui ne subissent aucun traitement autre que mécanique. D.E.A Sciences des materiaux 10

24 Etude bibliographique béton de sable 2007 o 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) : o - Granulats courants, granulats dont la MVR est comprise entre 2 et 3 t/m 3 ; o - Granulats légers, granulats dont la MVR est inférieure à 2 t/m 3 ; o - Granulats lourds, granulats dont la MVR est supérieure à 3 t/m 3. En fonction de leur coupure granulométrique : o Filler, 0 / D avec D < lmm et au moins 70% passant à 0,063 mm; o Sablon, 0 / D avec D < 2mm et au moins 70% passant à 0,063 mm; o Sable, 0 / D avec l < D < 6,3 mm; o 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 : o le charbon et ses résidus ; o 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 ; o 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. o 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 D.E.A Sciences des materiaux 11

25 Etude bibliographique béton de sable 2007 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'environ 1400 kg. 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 D.E.A Sciences des materiaux 12

26 Etude bibliographique béton de sable 2007 doivent pas contenir des matières en suspension, ni être chargées de sels dissous au-delà de certaines proportions : Tableau n 05 Impuretés admissibles dans l'eau de gâchage Qualité du béton Pour les bétons de qualités En suspension 2g/L Impuretés Dissoute 15g/L Autres bétons 5g/L 30g/L III-4/ Les adjuvants III-4-1/ Définition Les adjuvants sont des produits chimiques «purs» ou des mélanges de produits organiques ou minéraux qui sont généralement incorporés aux bétons lors du malaxage ou lors de la mise en œuvre. Leur efficacité est liée à l'homogénéité de leur répartition dans la masse du béton. L'utilisateur peut être amené à utiliser simultanément plusieurs adjuvants ayant des fonctions différentes, soit pour obtenir des effets conjoints, soit pour corriger des effets secondaires non recherchés ou amplifier l'une des fonctions principales. L'efficacité et les effets secondaires de chaque adjuvant peuvent varier en fonction de son dosage dans le béton et les divers composants de celui-ci, en particulier du ciment. Pour l'interaction adjuvant-adjuvant, l'employeur doit s'assurer que les adjuvants utilisés sont compatibles entre eux, et qu'ils sont de même marque. III-4-2/ Fonctions des adjuvants Fonction principale Chaque adjuvant est définit par une fonction principale et une seule, caractérisée par la ou les modifications majeures qu'il apporte aux propriétés des bétons et (ou) mortiers et (ou) coulis, à l'état frais ou durci. L'efficacité de la fonction principale de chaque adjuvant peut varier en fonction de son dosage et des matériaux utilisés. Fonction secondaire Un adjuvant peut également présenter accessoirement une ou plusieurs fonctions D.E.A Sciences des materiaux 13

27 Etude bibliographique béton de sable 2007 secondaires s'étendant au même domaine. Les fonctions secondaires sont également caractérisées par une efficacité qui est le plus souvent indépendante de celle de la fonction principale. Effets secondaires L'emploi d'un adjuvant peut entraîner des conséquences dites effets secondaires qui sans être recherchés n'en sont pas moins inévitables. III 4-3/ Les différents types d'adjuvants On distingue : Les plastifiants réducteurs dʹeau : De leur rôle double, ils permettent à la fois d'offrir au béton une consistance humide et la possibilité de réduire la quantité d'eau, la résistance du béton durci peut ainsi être notablement augmentée. Ils se caractérisent souvent par un effet secondaire «retardateur de prise» marqué lorsqu'on les utilise à un dosage élevé. Superplastifiants hautement réducteurs dʹeau : Leur mode d'action est similaire à celui des plastifiants mais il se produit avec une intensité bien importante. Rétenteurs dʹeau; Ils ont pour fonction principale de réduire la tendance 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. Entraîneurs dʹair Les entraîneurs d'air permettent une diminution du dosage en eau à maniabilité équivalente mais les résistances mécaniques sont cependant affaiblies et d'autant plus qu'elles sont plus élevées. Ils améliorent aussi la plasticité et l'ouvrabilité du béton. y Accélérateurs de prise et de durcissement : Ils augmentent la vitesse d'hydratation du ciment donc permettent sa prise rapide. Ils sont utilisés souvent pour les bétonnages par temps froid ou pour les travaux urgents. Les résistances peuvent être légèrement diminuées D.E.A Sciences des materiaux 14

28 Etude bibliographique béton de sable 2007 Retardateurs : Ils agissent chimiquement comme les accélérateurs en retardant plus ou moins longtemps l'hydratation du ciment. Ils prolongent la durée de vie du béton frais Hydrofuges : Ce sont des adjuvants qui, introduits dans la masse du béton, ont pour fonction principale d'en diminuer l'absorption capillaire. Ils ne sont vraiment efficaces que si le béton est bien compact et homogène et que toutes les précautions sont prises afin d'éviter la formation des fissures. III-4-4 / Les principaux adjuvants Tableau n 06 Liste des principaux adjuvants Adjuvants Retardateurs Accélérateurs Plastifiant réducteur d'eau Entraîneurs Superplastifiant Rétenteurs d'eau Sucres et gluconates Nature Acides citriques et tartriques Oxyde de zinc, les phosphates De prise : Alcalis, carbonates et sulfate de soude ou de potasse De durcissement : Chlorure et carbonate Lignosulfonates Résine vinsol Aryl alkyl sulfonates Résine mélanine sulfonces Naphtalene- sulfonates Vinyl sulfonate Methyl cellulose ( methocel) D.E.A Sciences des materiaux 15

29 Etude bibliographique béton de sable 2007 III-4-5 / Utilisations Tableau n 07 Utilisations des adjuvants Adjuvants Superplastifiants Plastifiants Accélérateurs Retardateurs Entraîneurs d'air Utilisation Nécessité d'une bonne ouvrabilité Préfabrication Bétons à hautes résistances Transport pneumatique du béton Béton coulé sous l'eau Béton maigre : blancs, blocs Béton routier Sable manquant de fines Béton très ferraillé Injection (coulis et mortiers) Décoffrage rapide Temps froid - préfabrication Travaux d'étanchement, cachetage, Réparation rapide, pistes d aérodrome, routes, scellement Temps chaud Injection à grande profondeur (élévation de température) Voile d'étanchéité Transport de béton sur longue distance Reprise de bétonnage confection de béton avec granulats apparents (parements lavés) Parois moulées dans le sol Coulage en contenu Route, barrage, ponts - travaux Ouvrages exposés à l'action des eaux agressives Bétons extrudés D.E.A Sciences des materiaux 16

30 Etude bibliographique béton de sable 2007 CHAPITRE II / LES DIFFERENTES CARACTERISTIQUES DU BETON CHAPITRE II / LES DIFFERENTES CARACTERISTIQUES DU BETON I / Caractéristiques physiques I-1 / Masse volumique La masse volumique des bétons est comprise entre 2000 et 2400 kg/m 3. Cette masse volumique peut augmenter suivant les modalités de mise en œuvre et, avec une forte vibration, elle peut atteindre jusqu'à kg/m 3 I-2 / Coefficient de dilatation Ce coefficient varie avec le dosage en ciment, il est d'autant plus grand que le dosage est plus élevé; sa valeur moyenne qui vaut environ 10-5 est voisine de celle relative à l'acier. Le coefficient de dilatation thermique du béton dépend de sa composition et de la température. Il est compris, pour des températures normales, entre 9 et I-3 / Les retraits I-3-1 / Retrait hygrométrique Le retrait est la diminution de longueur ou de volume du béton au cours du temps. Mais lorsqu'il est conservé dans l'eau, le retrait devient presque nul, et on a même constaté parfois des augmentations de volume. Il est de l'ordre de 0,20 à 0,40%. Ce retrait dépend : o De la composition du béton (dosage du ciment, quantité d'eau de gâchage); o État hygrométrique du milieu ambiant (humidité, température ambiante); o De la géométrie de la pièce. Le retrait hygrométrique peut engendrer des fissurations au niveau de la pièce en béton. Pour cela, considérons les types de retrait suivant : o Le retrait d'autodissociation ou retrait endogène; o Le retrait plastique; o Le retrait thermique. D.E.A Sciences des materiaux 17

31 Etude bibliographique béton de sable 2007 I-3-2/ Retrait sous charge ou fluage On a constaté que le retrait était plus important lorsque le béton était conservé en étant soumis à une compression. Il existe donc un retrait sous charge, ou fluage, qui vient s'ajouter au retrait hygrométrique. L'intensité du fluage dépend de nombreux facteurs : o Composition du béton; o Géométrie de la pièce; o Humidité et température ambiante; o Age du béton lors de l'application de la charge, o Mode et niveau de sollicitation. II / Les caractéristiques mécaniques Les caractéristiques mécaniques du béton sont déterminées surtout par leurs résistances mécaniques. Le béton est défini par ses résistances à la compression et à la traction à 28 jours d'âges. Comme les roches naturelles, il possède une grande résistance à la compression et une faible résistance à la traction. II-1/ Résistance à la compression Rc La résistance à la compression du béton reste, du point de vue de l'ingénieur, la propriété la plus important du matériau. Différentes formules de résistances à la compression existent aussi mais les formules de Féret et Bolomey présentent l'avantage d'être générales, et s'appliquent aux bétons qui ne sont pas pleins. L'évaluation des caractéristiques d'un béton à l'aide d'une formule de résistance suppose la connaissance exacte de ses coefficients et nécessite pour cela des mesures préalables délicates. Les résultats obtenus sont toujours très approximatifs. 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 : D.E.A Sciences des materiaux 18

32 Etude bibliographique béton de sable 2007 [2] 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 R c d'un béton aux volumes absolus de ciment c, d'eau e et des vides v contenus dans un mètre cube de béton durci. II-1-1/ Formule de Féret [3] k 2, 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 de ciment, eau et d'air occlus Si v est négligeable : [4] [5] Où, E, C sont respectivement la masse volumique du ciment, les masses d'eau et de ciment par unité de volume. Si nous désignons par : C le poids du ciment, E le volume de l'eau de gâchage, V le volume des vides, alors pour 1 m3 de béton : o C = c x 3,10 (3,10 étant le poids spécifique des grains de ciment) o E = e o V = v D.E.A Sciences des materiaux 19

33 Etude bibliographique béton de sable 2007 On a alors : [6] II-1-2 / Formule de Bolomey D'après BOLOMEY: Pour béton plein et Pour béton présentant des vides [7] La valeur de est donnée en fonction de la nature du ciment et de l'âge du béton: Tableau n 08 Valeur de k en fonction de la nature du ciment Nature de ciment Age du béton (jours) CPA Ciment au laitier II-1-3/ Facteurs influant la résistance du béton La résistance du béton à la rupture à la compression varie avec : Dosage minimal en ciment : Les dosages minimaux en ciment indiqués dans la norme P sur la classification des environnements sont fixés à : [8], pour environnement d'agressivité moyenne et béton armé dans un environnement sans agressivité; [9], pour environnement d'agressivité très forte et béton armé dans un environnement d'agressivité sévère et pour béton précontraint Les valeurs de quelques dosages minimaux en ciment sont données dans le Tableau n 9 qui D.E.A Sciences des materiaux 20

34 Etude bibliographique béton de sable 2007 suit : Tableau n 09 Dosage minimal en ciment D en mm 5 6, c D 600 c D 500 c D Lʹâge du béton : le graphe suivant montre la variation de la résistance à la compression en fonction de l'âge pour un dosage donné : Figure n 01 Influence du dosage et l'âge du béton sur la résistance à la compression Lʹeau de gâchage et porosité: Si e est dans la formule de Féret la quantité totale d'eau, e h serait la quantité nécessaire à l'hydratation du ciment. Il y aura en effet une quantité excédentaire d'eau e ex telle que : e = e e ex h [10] qui est à l'origine de vides qui s'ajoutent aux vides physiques de volume v en constituant la porosité du béton (e ex = e - e h ) D.E.A Sciences des materiaux 21

35 Etude bibliographique béton de sable 2007 Ainsi, pour un dosage donné de ciment, la résistance est d'autant plus grande que la porosité du béton est plus faible Rapport E/C (OU C/E) : La quantité d'eau de gâchage du béton est caractérisée par le rapport E/C qui indique le poids de l'eau par rapport à celui du ciment. Il faut réduire autant que possible cette valeur car elle a une influence négative sur la résistance à la compression : plus E/C augmente plus cette résistance diminue. La compacité : Par une action mécanique de serrage et de compactage du béton frais en œuvre, on pourra diminuer le degré de vide. Ainsi, plus le béton est compact plus on améliore sa performance. Utilisation des adjuvants et additifs : L'utilisation des adjuvants fait réduire la quantité d'eau employée, ce qui implique la diminution de la valeur E/C et donne une bonne résistance à la compression. La température et lʹhumidité : La chaleur accélère la prise et le durcissement du béton alors que le froid allonge la durée de prise et peut même l'arrêter complètement. Le degré de l'humidité du milieu de conservation a une influence importante sur la résistance du béton. II-2 / Résistance à la traction R t La résistance à la traction du béton est beaucoup plus faible que sa résistance à la compression. Féret a établi que la résistance à la flexion et à la traction varie comme, à une constante près : [11] Dans cette formule, est un nombre négatif, k 4 caractérisent la nature ou l'énergie du liant à un âge déterminé, pour des conditions données de conservation du béton. Mais on peut mesurer la résistance à la traction du béton directement, sur des éprouvettes prismatiques. La résistance à la traction varie avec les mêmes facteurs et dans le même sens que la résistance à la compression D.E.A Sciences des materiaux 22

36 Etude bibliographique béton de sable 2007 III/ Autres caractéristiques III-1/ La consistance - ouvrabilité Elle dépend en général de la quantité d'eau de gâchage. Elle caractérise aussi le béton frais et son ouvrabilité. Un dosage en eau suffisante est un facteur d'ouvrabilité; cependant il ne faut en jouer qu'avec discernement, car son augmentation entraîne une baisse des qualités intrinsèques du béton. En effet, on peut avoir recours à des adjuvants plastifiants ou superplastifiants qui permettent d'augmenter les qualités de plasticité, fluidité et ouvrabilité tout en diminuant le dosage en eau, ce qui entraîne alors une amélioration de la résistance. La consistance du béton frais peut être évaluée avec la méthode d'affaissement au cône d'abrams (ou Slump Test), ou par le test C.E.S. III-2 / La compacité L'importance de la compacité, est capitale, du point de vue non seulement des résistances mécaniques, mais aussi de toutes les propriétés du béton. Il est reconnu que le retrait dépend non seulement de la quantité du ciment, de son dosage, de l'état hygroscopique de l'air et de la température, mais aussi, et surtout, de la compacité du béton. La contraction du matériau durcissant à l'air diminue très rapidement, toutes choses égales d'ailleurs, à mesure que sa compacité augmente. Le module d'élasticité du béton, c'est-à-dire sa rigidité, croît très sensiblement dans les mêmes conditions. Toute augmentation de la compacité a pour conséquence également de diminuer l'amplitude des déformations lentes du béton sous charges et d'atténuer très sensiblement les risques de fissuration des pièces armées, fléchies ou étirées. La résistance du béton aux intempéries et à l'action des eaux agressives croît également avec la compacité; si l'on veut éviter la désagrégation du béton, il convient, avant tout, de lui composer une ossature inerte aussi compacte que possible. La perméabilité aussi est liée également à la compacité. En résumé, toutes les qualités essentielles du béton varient dans le même sens que sa compacité III-3/ Influence de la dimension des granulats D.E.A Sciences des materiaux 23

37 Etude bibliographique béton de sable 2007 Nous savons que le béton tire du granulat une part de sa résistance et plus particulièrement du gros granulat. Il est donc nécessaire d'employer des granulats de qualité et de dimension maximale, celle-ci devant rester compatible avec une facilité de mise en oeuvre. D'une part, considérons la surface spécifique d'un granulat, cette surface qui consomme de la «colle» (liant), décroît rapidement en fonction de la grosseur des grains. Donc, le dosage en ciment est d'autant plus élevé que les grains seront plus fins; mais l'augmentation du dosage en ciment accentue le phénomène de retrait. D'autre part, une augmentation de la grosseur des grains de valeur g à la valeur G entraîne une réduction de l'intensité de fluage dans la proportion : Par Exemple : si G = 2g, le fluage est diminué de 11% III-4/ Effet de paroi On appelle «effet de paroi» la plus ou moins grande difficulté qu'il y a à bien remplir un moule dans lequel les surfaces en contact avec le béton (coffrage, armatures, gaines...) sont plus ou moins importantes par rapport au volume. Le béton se serre mal au voisinage des surfaces rigides (armature et paroi des moules). Pour un moule donné, l'effet de paroi est caractérisé par le rapport D/r où D est le diamètre maximal des grains ; r le rayon moyen des moules avec : [12] Détermination de D [13] Où : d 1 : la plus grande des passoires, sur laquelle on recueille les plus gros éléments [mm] d 2 : la passoire immédiatement inférieure (mm] x : la proportion des grains retenus sur d 1 y : la proportion retenue sur d 2 Choix de r D.E.A Sciences des materiaux 24

38 Etude bibliographique béton de sable 2007 Pour le calcul de r, le volume de la macle à considérer est celui de ses parties les plus ferraillées (et non pas de celui de la pièce entière). Choix de D en fonction de r Dans la pratique, on choisit D de telle sorte que : 0,8 < (D / r) < 1 (ce qui correspond à utiliser des graviers dont 20mm < D < 25 mm. III-5/ Effet de «poisson» En compression, comme en traction, la déformation longitudinale (dans le sens de l'effort) est accompagnée d'une déformation transversale; le coefficient de Poisson est le rapport entre la déformation transversale et la déformation longitudinale en valeurs relatives. Sa valeur varie de 0,15 à 0,30; il est d'autant plus élevé que le béton est jeune ou moins résistant. On le prend en général égale à 0,20 (sauf cas particuliers). III-6 / Le ressuage Le ressuage correspond à l'exsudation superficielle d'une partie de l'eau de gâchage à la surface supérieure du béton frais. Le béton se tassera d'autant plus rapidement et d'autant plus en valeur absolue que : o la durée de vibration est importante; o la profondeur du béton frais est plus grande; o la durée avant prise est importante. III-7 / Corrosion du béton La corrosion du béton est sa désagrégation due par divers facteurs autant internes qu'externes du béton. Parmi eux, considérons les principaux phénomènes qui entraînent cette désagrégation. III-7-1/ Gonflement dû au sulfate Si la teneur en sulfate atteint une certaine concentration, celle-ci peut occasionner un gonflement du béton. Les eaux souterraines contiennent parfois des sulfates en solution. Elles s'attaquent souvent au béton durci et provoquent par suite une désagrégation. III-7-2/ Alcalis-réaction Au sein du béton peuvent se produire des réactions chimiques entre certains constituants D.E.A Sciences des materiaux 25

39 Etude bibliographique béton de sable 2007 amorphes et mal cristallisés de silices, de silicates ou de carbonates contenus dans les granulats et les éléments alcalins (sodium, potassium) en solution dans la pâte liante. L'ensemble de ces réactions s'appelle «alcalis- réaction». Ces éléments alcalins peuvent provenir du ciment utilisé, de l'eau de gâchage, des granulats composant le béton et aussi de l'extérieur. Ces réactions entraînent la désagrégation du béton en présence d'humidité : fissuration, faïençage à mailles plus ou moins serrées, écaillages, exsudation, cratères superficiels... Ces désordres ne se manifestent généralement qu'après 1 à 10 ans et pourront provoquer la ruine de l'ouvrage. Les granulats contenant de l'opale, dolomie, mica sont les plus sensibles à ce phénomène. Si l'une des conditions suivantes n'est remplie, il n'y a pas risque d'alcali-réaction : o La présence d'un granulat potentiellement réactif; o Une concentration élevée en éléments alcalins dans la solution interstitielle; o Une ambiance de conservation du béton présentant une humidité relative : HR>80%. III-7-3/ Carbonatation Elle est due à l'action de l'acide carbonique qui se trouve dans l'atmosphère (en faible quantité environ 0,5 ) sur la chaux libérée par l'hydratation des constituants du clinker : L'effet de la carbonatation est la diminution du ph basique (11 à 12) du béton à des valeurs inférieures à 9 neutralisant ainsi progressivement l'alcalinité du béton et son rôle «passivant» sur la corrosion des armatures. Plus le béton est compact, moins poreux et plus étanche, plus la carbonatation diminue. Formule chimique: Ca (OH) 2 + CO2 CaCO 3 + H 2 O D.E.A Sciences des materiaux 26

40 Etude bibliographique béton de sable 2007 CHAPITRE III / CHAPITRE III / DIFFERENTS TYPES DE BETONS DIFFERENTS TYPES DE BETONS ET UTILISATIONS ADDITIFS ET UTILISATIONS - ADDITIFS I/ Différents types de bétons On distingue trois catégories principales de béton : le béton non armé; le béton armé; le béton précontraint. I-1/ Le béton non armé Il consiste à un béton ordinaire sans utiliser aucune armature. On peut utiliser le béton non armé dans plusieurs domaines; En travaux publics : - chaussées routières et autoroutières; - grand barrage massif; - pavés autobloquants; Dans les bâtiments : - réalisation des agglomérés de ciment, parpaings, hourdis; - tuiles en fibrociment; - tuiles en vibro mortier,; - En ouvrages miniers - étanchéité des galeries et puits; - tubages des puits de forages; - I-2/ Le béton armé Le béton armé est constitué par du béton et des armatures en aciers judicieusement disposés. Le rôle essentiel de l'acier dans le béton armé est de reprendre les contraintes de traction D.E.A Sciences des materiaux 27

41 Etude bibliographique béton de sable 2007 que le béton ne peut supporter. Le béton armé s'obtient en coulant le béton, à l'état pâteux, à l'intérieur d'un moule appelé coffrage, moule qui peut être en bois ou métallique, et dans lequel on a, au préalable disposé les barres d'aciers. Dans l'association béton acier qui forme le béton armé, on peut répartir les rôles de chacun des constituants de la manière suivante : o Le béton résiste aux efforts de compression; o L'acier résiste aux efforts de traction et éventuellement, aux efforts de compression, si le béton ne peut y suffire à lui seul. La solidité d'une construction en béton armé dépend donc non seulement de la qualité du béton qui la constitue, mais également, et d'une façon éventuellement : o De la disposition correcte des armatures; o De la résistance des armatures; o Du bon ancrage des armatures. Pour ce faire, les armatures à utiliser sont les aciers à haute adhérence (crénelés, torsadés, etc.) qui sont en acier plus dur (limite élastique 4200 kg /cm 2, à laquelle correspond un taux de travail admissible d'environ 2800 kg / cm 2 ) Le béton armé est utilisé pour : o La construction des bâtiments, d'usine : planchers, fondation, poteau, chaînage, escalier, poutre; o Couvertures en coques minces, réservoirs, silos de petite capacité; o Travaux publics : tunnel, pont, routes, digues, aérodromes; o Ouvrages portuaires et maritimes o Mur de soutènement; I-3 / Bétons précontraints Les bétons précontraints sont constitués aussi de béton et des armatures mais ce qui le diffère du béton armé, c'est que les armatures sont mises en tension avant l'application des charges. Eugène FREYSSINET, l'ingénieur qui a construit le premier structure en béton précontraint a défini que : «précontraindre une construction, c'est la soumettre avant application des charges à des forces additionnelles déterminant des contraintes telles que leur composition avec celles qui proviennent des charges donne en tous points des résultantes inférieures aux D.E.A Sciences des materiaux 28

42 Etude bibliographique béton de sable 2007 contraintes limites que la matière peut supporter indéfiniment sans altération». Les armatures de précontraintes sont constituées par des torons, des fils ou barres en aciers à haute limite élastique disposés à l'intérieur de gaines ou de tube métallique ou plastique : les conduits. L'ensemble constitue les câbles. Les aciers ont des résistances à la rupture de l'ordre de 1800 à 2000 Mpa. Il faut noter que sans une mise en tension préalable, l'allongement d'un tel acier serait beaucoup grand pour que le béton puisse le suivre sans fissuration excessive. La précontrainte d'un élément en béton peut s'effectuer : o Soit par post-tension, si la mise en tension se fait postérieurement au coulage du béton; o Soit par pré-tension, si les torons ou les fils d'acier de précontraintes sont mis en tension préalablement au coulage du béton Le béton précontraint est utilisé dans les structures fortement sollicitées à savoir : o Les ponts à moyenne et à grande portée; o Les réservoirs de plus de 1500m3; o Les réservoirs à hydrocarbures et à gaz liquéfiés (environs m3); o Les enceintes de réacteurs nucléaires; o Les travaux maritimes; o Les structures offshores, etc. II/ Additifs II-l / Définition Par définition, un additif est un produit incorporé pour modifier certaines propriétés du béton ou pour lui conférer des propriétés particulières II-2/ Différents types d'additifs Il existe plusieurs types d'additifs admissibles dans le béton; parmi eux citons les suivants : II-2-1/ Correcteurs granulaires Les plus couramment utilisés sont les fillers calcaires et les cendres volantes. Ils sont utilisés surtout en raison de leur rôle de remplissage afin d'éliminer les vides présents dans les bétons. D.E.A Sciences des materiaux 29

43 Etude bibliographique béton de sable 2007 II-2-2/ Les fibres Actuellement, il existe deux types de fibres : les fibres synthétiques (organiques ou minérales) et les fibres métalliques. Les bétons de fibres synthétiques se caractérisent par une meilleure cohésion liée à la dispersion des fibres dans toute la masse. Les fibres synthétiques peuvent constituer un réseau tridimensionnel très efficace permettant de maîtriser les risques de fissuration par retrait plastique du béton. Les fibres métalliques (acier, fonte amorphe, inox, fibres fraisées, fibres tréfilées...) améliorent le comportement post fissuration du béton en le transformant en un matériau ductile grâce à un effet des coutures des fissures. C'est le cas des ferrociments II-2-3/ Les colorants On utilise particulièrement des colorants pour des raisons d'esthétique. Pour la plupart, ce sont des oxydes minéraux. La teinte finale recherchée dépend essentiellement du dosage et de la nature du colorant employé. D.E.A Sciences des materiaux 30

44 Etude bibliographique béton de sable 2007 CHAPITRE IV / FORMULATION DU BETON CHAPITRE IV / FORMULATION DU BETON I/ Principe de formulation I-1/ Démarche à suivre Pour aboutir à la formulation du béton, nous pouvons suivre les étapes que nous montrent le schéma suivant : Recueil des données spécifiques liées à l usage du béton Formulation Test en laboratoire Modification éventuelle Validation en centrale Figure n 02 procédures de formulation de béton I-2/ Recueil des données Les données à recueillir sont les données spécifiques liées à l'usage du béton, à savoir o Nature de l'ouvrage; o Mode de mise en place du béton et la puissance de serrage; o Importance du ferraillage; o Exigences spécifiques (de l'utilisateur ou du cahier des charges). I-3/ Formulation Son objectif est de déterminer, en fonction des paramètres visées et des caractéristiques des matières premières, par des méthodes adéquates (FAURY, DREUX, JOISEL,...) les dosages des différents constituants. Nous obtenons ainsi, à la fin de cette étape, les proportions de chacun des constituants pour un mètre cube de béton. D.E.A Sciences des materiaux 31

45 Etude bibliographique béton de sable 2007 I-4/ Test en laboratoire La formule obtenue précédemment n'est que théorique. Pour valider la composition il nous faut alors un test au laboratoire. On peut y vérifier les formules estimées. I-5/ Modifications Des modifications sont possibles afin d'améliorer la formulation si on n'aboutit pas aux spécifications demandées. Si on démontre l'incompatibilité entre deux caractéristiques à obtenir, on peut faire aussi une modification au niveau des données. II/ Exemple de formulation du béton : METHODE DE DREUX GORISSE L'étude d 'une composition de béton consiste presque toujours, à rechercher conjointement deux qualités essentielles : résistance et ouvrabilité, mais elles dépendent de différents facteurs comme indique le Tableau n 10 suivant : Tableau n 10 facteurs de résistance et d'ouvrabilité Facteurs de béton Pour une bonne ouvrabilité Pour une bonne résistance Finesse du sable Plutôt fin Plutôt grossier Rapport G/S A diminuer A augmenter Dosage en eau A augmenter A diminuer Granularité Dimension maximale des granulats Continu préférable Plutôt petite Discontinu légèrement préférable /Plutôt forte II-1/ Données de base II-1-1/ Nature de l'ouvrage Il est nécessaire de connaître si le béton est non armé ou armé ou il s'agit d'un béton précontraint. Dans le cas du béton armé et précontraint, il est indispensable de connaître les dispositions des armatures et l'intensité du ferraillage. D.E.A Sciences des materiaux 32

46 Etude bibliographique béton de sable 2007 II-1-2 / Résistance désirée Elle est en générale définie par la résistance en compression sur cylindre à 28 jours. D'où on peut choisir directement le dosage approximatif en ciment dont on devra connaître la classe vraie F CE (c'est la résistance du ciment à 28 jours) sur laquelle on peut compter en moyenne. Mais il faut noter que la résistance à viser est toujours un peu plus élevée que celle demandée : R C = R C % R C28 : résistance souhaitée; R C : résistance à viser. II-1-3/ Consistance désirée On la définit comme l'affaissement moyen au cône d'abrams ou du test C.E.S. on la choisit en fonction de la nature de l'ouvrage, de la difficulté de bétonnage, des moyens de serrage. Tableau n 11 Affaissement au cône d'abrams (selon NFP ) Plasticité serrage Affaissement A en cm Béton ferme Bonne vibration 0 à 4 Béton plastique Béton très plastique Vibration courante 5 à 9 Piquage 10 à 15 Béton liquide Léger piquage 16 II-2/ Formulation II-2-1/ Dosage en ciment Il faut tout d'abord calculer la valeur de C/E à l'aide de la formule (valeur approximative) [15] R C : résistance moyenne en compression désirée à28 jours en Mpa F CE : classe vraie du ciment à 28 jours en Mpa G : coefficient granulaire D.E.A Sciences des materiaux 33

47 Etude bibliographique béton de sable 2007 C : dosage en ciment (en kg/ m 3 ) E : dosage en eau totale sur matériaux secs (en l/m 3 ) Donc, C/E = [ ( ) + 0,5 ] [16] La valeur de G est donnée par le Tableau suivant. Tableau n 12 Valeur du coefficient granulaire G avec vibration Qualité des granulats Dimensions D des granulats Fins (D<16mm) Moyens (25<D<40mm) Gros (D>63mm) Excellente 0,55 0,50 0,65 Bonne, courante 0,45 0,50 0,55 Passable 0,35 0,40 0,45 Connaissant ainsi la valeur de C/E, on peut fixer arbitrairement le dosage en ciment à l'aide de l'abaque suivant, en fonction de la valeur de l affaissement correspondant à l ouvrabilité désirée Figure n 03 Abaque permettant d'évaluer approximativement le dosage en ciment à prévoir en fonction du rapport C/E et de l'ouvrabilité désirée (affaissement au cône). D.E.A Sciences des materiaux 34

48 Etude bibliographique béton de sable 2007 II-2-2/ Dosage en eau Ayant fait le choix du dosage en ciment C, on peut en déduire le dosage approximatif en eau totale provisoire à l'aide du rapport C/E. Mais cette valeur de E est particulièrement applicable aux bétons pour lesquelles D = 25mm. Pour les D différents de 25 mm, il faudra alors prétendre à une correction comme nous montre le Tableau n 13 et la figure ci-après. Tableau n 13 : Correction en pourcentage sur le dosage en eau en fonction de la dimension maximale D des granulats Dimension maximale des granulats D en mm Correction sur le dosage en eau (en %) 1,25 2, Figure n 04 Variation de la correction en eau si la dimension maximale des granula est différente de 25mm La quantité d'eau totale (sur matériaux supposés secs) étant ainsi approximativement déterminée. On obtiendra la quantité d'eau à ajouter sur les granulats humides en déduisant l'apport (contenu dans les granulats) à l'aide des indications du Tableau qui suit : D.E.A Sciences des materiaux 35

49 Etude bibliographique béton de sable 2007 Tableau n 14 : Teneur en eau approximative des granulats courants en litres pour un mètre cube de matériau (en volume apparent) Degré apparent d'humidité Sable 0/5 Eau d'apport en L/m 3 Gravillon 5/25 Gravier 5/20 Gravier 20/40 Sèche 0 à 20 Négligeable Négligeable Négligeable Humide 40 à à à à 20 Très humide 80 à l00 40 à à à 40 Saturée, égouttée 120 à l40 60 à à à 60 On obtiendra l'apport d'eau par rapport au poids des granulats en divisant les quantités données dans le Tableau n 14 par la masse volumique apparente (de l'ordre de 1500 kg/m3 environ pour des granulats courants). On peut mesurer à l'aide de sonde électrique ou à neutron la teneur en eau des matériaux. II-2-3 / Dosage des granulats Qualités des granulats Gravier : il faut qu'ils soient d'une bonne qualité minéralogique, suffisamment dur et bien propre, mais la forme de leur courbe granulaire, plus ou moins concave, a une influence relativement importante que celle du sable. Sable : la qualité du sable a une grande influence sur la qualité du béton ; pour cela on doit par suite i) vérifier la propreté à l'aide de l essai d équivalent de sable : Tableau n 15 : Propretés du sable à l'aide de l'équivalent de sable ES à vue ES piston Renseignement sur la qualité du sable en fonction de la valeur de TES ESV < 65 ES < 60 Sable argileux 65 < ESV < < ES < 70 Sable légèrement argileux 75 < ESV < < ES < 80 Sable propre ESV > 85 ES > 80 Sable très propre D.E.A Sciences des materiaux 36

50 Etude bibliographique béton de sable 2007 ii) iii) calculer le module de finesse.il faut qu'elle soit comprise entre 2,2 et 2,8 Par définition le module de finesse d'un granulat est la somme des pourcentages ramener à l'unité des refus cumulés sur les tamis d ouverture 23,26,29,32,35,38,41. Si le sable est un peu grossier Mf > 3,0 on fait une correction soit par ajout de sable fin soit par ajout d'un plastifiant ou d'un entraîneur d'air. Comparer la courbe granulométrique à la courbe suivante, qui correspond à celles des sables proposés pour béton Figure n O5 : Fuseaux proposés pour la granularité des sables à béton Dosage i) Tracer la courbe granulaire de réfèrence Pour ce faire, on trace une composition granulaire de référence OAB telle que : - B (à l'ordonnée 100%) correspond à D; - A point de brisure de coordonnées Abscisse : - Si D < 20 mm l'abscisse est D/2, - Si D > 20mm l'abscisse est située au milieu du segment limité par le module 38 (5mm) et le module correspond à D D.E.A Sciences des materiaux 37

51 Etude bibliographique béton de sable 2007 Ordonnée : est un terme correcteur dépendant du dosage du ciment, de l'efficacité du serrage, de la forme des granulats : roulés ou concassés, et du module de finesse du sable. Tableau n 16 : Valeur du terme correcteur en fonction du dosage en ciment, de la puissance de la vibration et de l'angularité des granulats Vibration faible normale Puissant Forme des granulats roulé concassé roulé concassé roulé concassé (du sable en particulier) 400+superplastifiant Dosage en ciment Note 1: correction : si le module de finesse du sable est fort (sable grossier) une correction supplémentaire sera apportée de façon à relever le point A, ce qui correspond à majorer le dosage en sable et vice versa, la correction supplémentaire (sur K) peut être effectuée en ajoutant la valeur =6Mf-15 (Mf étant le module de finesse du sable qui peut varier de 2 à 3 avec une valeur optimale de l'ordre de 2,5 pour laquelle la correction préconisée est alors nulle) Note 2 : correction supplémentaire K p : si la qualité du béton est précisée pompable, il conviendra de conférer au béton le maximum de plasticité et de l'enrichir en sable par rapport à un béton de qualité courante. On pourra pour cela majorer le terme correcteur K de la valeur Kp=+5 à +10environ, selon le degré de plasticité. D.E.A Sciences des materiaux 38

52 Etude bibliographique béton de sable 2007 ii) Choix du coefficient de compacité y Tableau n 17 : Valeur du coefficient de compacité Consistance serrage coefficient de compacité D=5 D=10 D=12,5 D=20 D=31,5 D=50 D=80 Piquage 0,750 0,780 0,795 0,805 0,810 0,815 0,820 Molle Vibration faible Vibration normale 0,755 0,785 0,800 0,810 0,815 0,820 0,825 0,760 0,790 0,805 0,815 0,820 0,825 0,830 Piquage 0,730 0,790 0,805 0,815 0,820 0,825 0,830 Plastique Vibration faible Vibration normale Vibration puissante 0,765 0,795 0,810 0,820 0,825 0,830 0,835 0,770 0,800 0,815 0,825 0,830 0,835 0,840 0,775 0,805 0,820 0,830 0,835 0,840 0,845 Ferme Piquage 0,775 0,805 0,820 0,830 0,835 0,840 0,845 Vibration faible 0,780 0,810 0,825 0,835 0,840 0,845 0,850 Vibration 0,785 0,815 0,830 0,840 0,845 0,850 0,855 normale Ces valeurs sont convenables pour des granulats roulés sinon il conviendra d'apporter les corrections suivantes : - sable roulé et gravier concassé= -0,01 - sable et gravier concassé = -0,03 iii) Dosage des granulats On trace tout d'abord les lignes de partage entre chacun des granulats en joignant le point à 95% de la courbe granulaire du premier, au point de 5% de la courbe du granulat suivant, et ainsi de suite. On lira alors sur la courbe de référence au point de croisement avec la ou les droites de partage de pourcentage en volume absolu de chacun des granulats. Par exemple gl, g2, g3. D.E.A Sciences des materiaux 39

53 Etude bibliographique béton de sable 2007 Figure n O6 : Analyse granulométrique Norme NFP D.E.A Sciences des materiaux 40

54 Etude bibliographique béton de sable 2007 B / BÉTON DE SABLE CHAPITRE V / CHAPITRE V / GENERALITES GENERALITES I/ Définition et spécifications I-1 / Définition Un béton de sable est un béton fin constitué par un mélange de sable(s), de ciment(s), d'addition(s) et d'eau; outre ces composants de base, le béton de sable comporte habituellement un ou plusieurs adjuvants. Par rapport à cette composition fondamentale, pour répondre aux besoins de certains usages, des ajouts spécifiques peuvent être envisagés : gravillons, fibres, colorants... Un béton de sable chargé est un béton de sable comportant un ajout de gravillon, il ne s'agit évidemment pas à découvrir les bétons classiques, aussi, cette dénomination n'est- elle valable que lorsque le rapport gravillon (G) / sable (S) est inférieur à 0,7 G / S < 0,7 [18] I-2 / Spécifications du béton de sable D une part le béton de sable differe d'un béton traditionnel par un fort dosage en sable et d autre part par l'absence ou un faible dosage de gravillons et l'incorporation d'additions Le béton de sable 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 sable sont essentiellement destinés aux usages traditionnels du béton : construction de bâtiment, voirie,... D.E.A Sciences des materiaux 41

55 Etude bibliographique béton de sable 2007 II/ Historique En 1853, dans la perspective de réaliser des constructions monolithes, économiques et résistants, 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 construisit ainsi en béton aggloméré banché 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 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 à 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 : o Eléments de préfabrications; o Tunnels et métros (ombrelles d'étanchéité); o Mobilier urbain et éléments architecturaux; o Aérodromes, etc. D.E.A Sciences des materiaux 42

56 Etude bibliographique béton de sable 2007 III/ Composition du béton de sable Le béton de sable a fait l objet d une norme expérimentale P revisée en octobre 1987 par l AFNOR Il y a lieu cependant de souligner que les constituants entrant dans la composition d un béton de sable sont ceux du béton, produit normalisé. Un béton de sable est composé : de sable, de fines d ajout, de ciment et d eau. Par rapport a celle composition de base et pour repondre aux besoins de certains usages, d autres ajouts spécifiques peuvent être envisagés : gravillons, fibres, adjuvants III-1/ Sables Par sables on entend tous granulats 0/D (plus gros grains) conformes aux définitions des normes NF P et NF P ; Il peut s agir soit d un sable naturel alluvionnaire ou de ballastière, soit d un sable de carrière issu du concassage d une roche massive ou détritique. D est inférieur ou égal à 4mm. Mais on peut admettre l emploi d un granulat à granulomètrie continue de 0mm jusqu à 8mm tant que le rapport ponderal entre les éléments supérieurs à 4mm et les éléments inféreurs à 4mm reste inférieur à 0.7. Aucun critère granulométrique n est a priori exigible pour réaliser un béton de sable : on peut aussi bien utiliser un sable fin (même homométrique, type sable de dune) qu un sable alluvionnaire moyen ou grossier, ou un 0/D de concassage. La seul restriction d emploi des sables réside dans leur propreté; si des études ont été faites sur des sables polués, aucune éxperimentation n a été réalisée avec de tels sables. Autant que la nature de la pollution, c est aussi sa variabilité à l interieur d un gisement qui rend l emploi de tels matériaux difficilement envisageable; si on arrivait, en effet, par l emploi d adjuvants à rendre utilisable un sable du gisement, compte tenu de cette variabilité. Par ailleurs, les sables riches en fines naturelles nécessitent généralement beaucoup plus d eau, ce qui entraine une chute de résistance. Dans cette étude, il est plus prudent de se borner à l utilisation de sables propres, tels qu on peut les employer pour des formules de béton classique. D.E.A Sciences des materiaux 43

57 Etude bibliographique béton de sable 2007 III-2/ Les fines d ajout (ou additions) Une qualité essentielle du béton de façon générale est sa compacité. Les paramètres essentiels qui vont jouer sur la compacité sont : o la granulométrie du mélange et sa teneur en eau; o l'énergie de mise en place. La différence entre un béton classique et un béton de sable réside principalement dans la granulométrie. L optimisation de la compacité en rélation avec la granulomètrie obeit à certaines règles : les éléments les plus fins se logent dans les vides des éléments les plus gros. Dans le béton classique, on parle des éléments les plus gros (10 à 20 mm) ils créent macrovides que l on peut remplir par du sables et les vides du sables par des fines. Ici ces sont du ciment, presque la quatité necessaire de ciment pour assurer que la résistance coincide avec celle qu'il faut en fines pour obtenir la bonne compacité. Cette concordance entre besoin en fines et dosage en ciment se traduit par la règle : ou [19] selon l usage du béton Tableau n 18 Le dosage minimum en ciment en fonction du diamètre (D) du granulat employé Granularité /25 1, /20 1, /16 1, BETON 0/8 1, /6,3 1, /4 1, /2 1, MORTIER 0/1 1, Lorsque la valeur de D diminue ( 6 mm), et c'est le cas du béton de sable, le dosage en ciment devient très élevé (> 400 kg/m 3 ). En effet, les vides d'un sable sont plus petits, plus nombreux et, globalement, plus importants que ceux d'un granulat d/d (D > 6 mm). Il faut donc D.E.A Sciences des materiaux 44

58 Etude bibliographique béton de sable 2007 davantage de ciment pour les remplir : techniquement et économiquement cette règle n'est plus applicable; il n'y a plus concordance entre dosage en fine et en ciment. Dans le cas du béton de sable, on comble d'abord une partie des vides du sable par un filler, et on assure ensuite la rigidité du mélange par un complément en ciment correspondant aux dosages habituellement employés pour les bétons traditionnels. Dans ces conditions, la règle en 5 D peut encore s'appliquer, en première approximation, non plus au dosage en ciment seul mais à l'ensemble : ciment + fines. Cet aspect est pris en compte dans les normes actuelles qui introduisent la notion de liant équivalent C /KA [20] ou C : est le dosage en ciment A : le dosage de l addition en fines et k 1 : un coefficient de prise en compte de la nature de l addition On peut ainsi parler, non plus de E/C (rapport eau /ciment), mais de E/C+k 1 A [21] Les dosages en fines d'addition seront souvent importants : entre 70 et 220 kg/m 3 et même au-delà. Par voie de conséquence leurs caractères (nature géologique, forme, etc.) vont influer grandement sur les caractéristiques de la formule employée. Pour un dosage constant en fine 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-3/ Les ciments Comme pour le béton classique, le ciment utilisé pour la confection d'un béton de sable est conforme à la norme NF EN Le choix du ciment est fait à partir de sa classe de résistance, de ses caractéristiques d'hydratation, de l'agressivité du milieu... et, d'une façon plus générale de la composition du béton et: de l'usage auquel on le destine. III-4/ L eau L'eau utilisée pour la confection des bétons de sable est conforme à la norme NF P L'eau efficace comprend, en plus de l'eau de gâchage, une quantité non négligeable d'eau apportée par les additions, adjuvants et autres ajouts, et surtout par les sables. D.E.A Sciences des materiaux 45

59 Etude bibliographique béton de sable 2007 Tableau n 19 Caractéristiques de l'eau exigés selon la norme NFP CONSTITUANTS Limites en pourcentage de l eau (en masse) Insoluble < 0,2 Matières dissoutes < 0,2 Carbonats + bicarbonates alcalins < 0,1 Sulfates en S0 3 < 0,1 Sulfites en S < 0,01 Sucres < 0,01 Phosphates en P 2 O 5 < 0,01 Nitrates en NO 3 < 0,05 Zinc < 0,01 Acidité en ph > 4 Acidité humique pas de coloration brunâtre Quand l'une quelconque des limites indiquées dans le Tableau n 19 est dépassée, l'eau peut éventuellement être utilisée sous réserve qu'elle satisfasse aux prescriptions concernant les essais de début et de fin de prise et les essais de résistance. La teneur en chlorure ne doit pas dépasser 500mg/L. La teneur maximale en ions- soufre est fixée à 0,5% III-5/ Adjuvants On utilise dans les bétons de sable les mêmes adjuvants que dans les bétons traditionnels, et pour en exploiter les mêmes propriétés. La spécificité du béton de sable privilégie toutefois l'usage de plastifiants ou de superplastifiants : ils améliorent la maniabilité, le plus souvent avec augmentation de résistance par suite d'une diminution de la teneur en eau et de la défloculation des éléments fins. On utilise également pour certains usages des entraîneurs d'air dont l'objectif est de créer un réseau de microbulles dans le béton de sable pour le protéger du gel (dans la mesure où la formulation employée est sensible au gel). La nature et le dosage en adjuvant doivent systématiquement faire l'objet d'une vérification de laboratoire. Les adjuvants employés devront par ailleurs être conformes à la norme : NFP D.E.A Sciences des materiaux 46

60 Etude bibliographique béton de sable 2007 III-6/ Autres ajouts III-6-1/ Les fibres Elles sont surtout utilisées dans le but de réduire le retrait au premier âge: dosage et nature sont des paramètres très importants pour assurer l'efficacité de cet ajout. On utilise dans la plupart des cas des fibres organiques (polypropylène) pour contrecarrer les effets du retrait de prise et éviter la fissuration qui en résulte. Si l'on veut améliorer la ductilité, on pourra utiliser des fibres d'acier ou des fibres de fonte amorphe. III-6-2/ Les gravillons On considére qu un béton de sable peut contenir un certain pourcentage de gravillons et conserver sa dénomination de béton de sable. En admettant que les gravillons sont dispersés dans le sable et ne constituant pas un squelette structure, le comportement reste le même : l ajout de gravillons en faible dosage peut amiliorer sensiblement certains caracteristiques : fluage, retrait, resistance, maniabilité D une façon pratique on pourra considérer qu'on a affaire à un beton de sable tant que le rapport massique G/S (gravillons sur sables) reste inferieur à 0.70 G/S < 0,70 Figure n 07 Proportion du gravillon dans le béton D.E.A Sciences des materiaux 47

61 Etude bibliographique béton de sable 2007 III-6-3/ Les colorants Les colorants habituellement utilisés dans les bétons traditionnels peuvent également etre employés pour cetains de usages de béton de sable : ils nécessitent toutefois un soin particulier dans l homogénéisation et une formulation appropriée béton de sable pour conserver une stabilité de la teinte au cours au temps. Il est à signaler que l empoi de sables naturels locaux, couplé notamment à l utilisation de ciment blanc, procure souvent des teintes très intéressantes, succeptibles de s insérer avantageusement dans l environnement. IV/ Proprietés essentielles du béton de sable IV-1/ Propriétés générales IV-1-1/ Granulométrie / maniabilité Une des particularités des bétons de sable est de nécessiter davantage d'eau que les bétons classiques; ceci se traduit par des valeurs du rapport E/C (eau/ciment) systématiquement supérieures à 0,5, ce rapport se situant généralement entre 0,6 et 0,7. Cette particularité est due a une surface spécifique plus importante du mélange; d'ailleurs, si l'on considère non plus le rapport E/C, mais le rapport E/C + A (A = Addition en fines), on obtient des valeurs similaires aux bétons traditionnels. La granulométrie du sable jouera également sur le besoin en eau: plus le sable est riche en éléments grossiers, plus la maniabilité s'améliore. Ceci se traduit par une relation entre module de finesse et maniabilité : l augmentation du module de finesse entraine une diminuation du temps d écoulement et donc une amélioration de maniabilité. Pour chacun des sables l augmentation de la teneur en fine (diminuation du module de finesse) entraine une maniabilité moins bonne. Le phenomène n a pas un caractère systématique. Il dépend de la nature des fines incorporées: logiquement l ajout des fines de type spherique en diminuant la quantité des vides devrait rendre l eau plus efficace et donc amèliorer la maniabilité La relation dosage en fines-maniabilité peut dépendre aussi de la nature du sable. On constate en effet : Un comportement différent selon la granulométrie du sable; (la figure 08 montre l'effet différent de fines calcaires sur un sable alluvionnaire 0/4 et un sable de dune, à teneur en eau constante) D.E.A Sciences des materiaux 48

62 Etude bibliographique béton de sable 2007 Pour le sable de dune, l'ajout de fines entraîne, jusqu'à 200 kg/m 3 une chute de maniabilité ce qui n'est pas le cas pour le sable alluvionnaire (plus compact). Figure n 08 Influence de la nature du sable sur la maniabilité (avec fines d addition calcaires) Granulométrie/ resistance A dosage en ciment constant, la résistance peut être différente en fonction d un certain nombre de paramètres et en particulier : La finesse de l'addition Plus l'addition est fine (et bien défloculée) plus elle est efficace au niveau du gain en compacité (et donc du gain en résistance); ce résultat est valable quelle que soit la granulométrie du sable; on le constate avec des fines calcaires aussi bien sur un sable alluvionnaire (fig : 9 a) que sur un sable de dune (fig : 9 b). ( a ) ( b ) Figure n 09 Effets du dosage et de la finesse de d addition sur la résistance D.E.A Sciences des materiaux 49

63 Etude bibliographique béton de sable 2007 La nature de l'addition A même dosage, la figure 10, permet de constater l'extrême diversité du niveau de performance atteint selon la nature du filler; si l'addition de fines permet d'améliorer systématiquement la résistance, ce gain est en effet très variable. La différence est encore plus considérable si l'on se place à maniabilité constante. Les fillers les plus efficaces sont ceux qui, hydrauliquement actifs, entraînent également une réduction d'eau. Il convient de noter que ces résultats ont été obtenus sans adjuvant et que l'emploi d'un plastifiant permettrait d'augmenter l'efficacité de certains fillers hydrauliquement actifs mais nécessitant un besoin en eau important. Figure n 10 Influence de la nature de l addition sur le niveau de résistance La dimension du Dmax (0/D) Pour une même valeur du rapport E/C (eau/ciment), on constate (figure: 11-a) que l'effet du diamètre Dmax du plus gros granulat est peu important et, en tout état de cause, pas défavorable aux sables. Le seul problème tient à la maniabilité très différente selon les bétons : très maniable dans le cas d'un 0/20, on aura une maniabilité de type préfabrication dans le cas du sable. A même dosage en ciment (Figure :11- b) mais à E/C différent, les différences sont beaucoup plus importantes. Les maniabilités étant identiques, il faudra beaucoup plus d'eau dans le cas des sables, ce qui aura pour conséquence une chute de la résistance. Là encore, on pour minimiser cette chute par l'emploi d'un plastifiant réducteur d'eau. D.E.A Sciences des materiaux 50

64 Etude bibliographique béton de sable 2007 ( a ) ( b ) Figure n 11 Effets de la granularité sur la résistance IV-1-2/ Propriétés specifiques Adhérence aux armatures Quelques comparaisons ont été trouvée entre les différentes formulations de béton de sable et un béton témoin traditionnel à l'aide de l'essai pull-ot. Cet essai consiste à mesurer le déplacement d'une armature, noyée dans le matériau durci, en fonction de l'effort de traction qui lui est appliqué. Selon la formulation du béton de sable et donc son niveau de performance, on obtient des résultats meilleurs ou moins bons que le béton de référence (Figure :12). Il est vraisemblable que les mêmes variations de composition appliquées à ce béton auraient mené à des écarts du même ordre. Ce qui conduit à penser que les bétons de sable ne se distinguent pas particulièrement, sur cet aspect, des bétons classiques. Si l'on considère les résultats de cet essai pour les petites déformations (partie initiale), on constate que la contrainte correspondant au même niveau de déformation (50 microns) est d'autant plus forte que la résistance en traction du béton de sable est élevée Enfin, la granularité du béton de sable n'est pas un élément essentiel, puisque, à même niveau de résistance, l'adhérence avec un sable dunaire très fin a été supérieure à celle obtenue avec un sable alluvionnaire. D.E.A Sciences des materiaux 51

65 Etude bibliographique béton de sable 2007 Figure n 12 Variation de l adherence d une armature en fonction de la formulation Tenue en fatigue Figure n 13 Influence de la résistance en traction du béton de sable sur l adhérence des armatures Le comportement en fatigue des bétons de sable est important à connaitre pour le dimensionnement des chaussées. Ce dimensionnement s'effectue en effet à partir de la contrainte qui, appliquée au matériau, provoque sa rupture au bout de 10 6 chargements; l'essai est réalisé sur éprouvette trapézoïdale encastrée à la base et sollicitée en tête. L'essai est réalisé à différents niveaux de contrainte; à chaque niveau de contrainte correspond un nombre N de sollicitations provoquant, la rupture de l'éprouvette et correspondant à sa durée de vie : c'est la courbe de fatigue (linéaire en coordonnées semi-logarithmiques). De cette courbe on déduit la valeur : cette valeur permet de calculer la contrainte admissible pour le matériau, et, par là, l'épaisseur à adopter. Figure n 14 Courbe de fatigue D.E.A Sciences des materiaux 52

66 Etude bibliographique béton de sable 2007 Les mesures réalisées ont permis de constater que le béton de sable avait un comportement analogue à celui des matériaux traités aux liants hydrauliques pour assises de chaussée. A savoir : Si l'on pose R t R f σ 6 On a, = résistance en traction directe = résistance en flexion = résistance en flexion pour un million de chargement. [22] Retrait et fluage Des essais de retrait et de fluage ont été réalisés sur béton de sable en comparaison avec un béton classique. Pour ce qui est du retrait, ils ont permis de constater (Figure : 15) que, lorsqu'on isolait le matériau de l'extérieur (milieu étanche), le retrait, dit d'auto-dessiccation, du béton de sable était voisin de celui du béton traditionnel. Si on laisse le béton sécher (milieu non étanche) le retrait du béton de sable peut atteindre des valeurs doubles de celui d'un béton classique (Figure :16) Le phénomène a été expliqué et est lié, vraisemblablement, à une distribution et une taille des vides différentes entre les deux matériaux. Figure n 15 Retrait d auto-dessiccation. Figure n 16 Retrait total On observe en matière de fluage : une variation semblablement à la structure du materiaux qui conditionne par ailleurs les valeurs du module d élasticité les differences entre béton de sable et béton classique (le module de béton de sable étant plus faible) D.E.A Sciences des materiaux 53

67 Etude bibliographique béton de sable 2007 Il faut signaler toute fois que des résultats comparatifs ont été faits à un module de resistance en compression de 25 MPa et qu en matière de fluage notament un béton de sable plus résistant n a pas le même comportement : fluiage plus faible, voisin de celui d un béton classique L hypothèse ont confirmé, cette hypothèse (Figure :18) puisque, en passant de 25 à 50 MPa. On divise le fluage par 5. Au même niveau de résistance dans ce cas 50MPa, le fluage du béton de sable n'est supérieur à celui d un béton classique de même niveau de résistance que de 20%. Figure n 17 Fluage d auto-dessiccation Figure n 18 Fluage total Durabilité des béton de sable Conventionnellement, la durabilité d'un béton est reliée à ses capacités d echange avec le milieu extérieur. De ce fait, il est évident que les paramètres tels que porosité, organisation géométrique des pores et perméabilité sont des paramètres physiques de premier ordre de la durabilité. De même, les phénomènes internes tels que l'alcaliréaction ou l'attaque sulfatique différée sont aussi des processus d'altération du béton accélérés par les échanges hydrauliques avec le milieu extérieur. La tenue d'un béton vis-à-vis des phénomènes d'échange dépend aussi de l'environnement de celui-ci, raison pour laquelle l'estimation de la durabilité s'effectue généralement par un ou plusieurs essais suivants, selon l'environnement prévisible du matériau (milieu urbain, région montagneuse, milieu marin, ambiances agressives...) : o perméabilité à l'air et à l'eau ; o gel-dégel ; o carbonatation ; D.E.A Sciences des materiaux 54

68 Etude bibliographique béton de sable 2007 o pénétration des ions chlorure. D'une façon générale, les bétons de sable sont plus poreux que les bétons traditionnels : s'ils ont d avantage de vides, la taille et le nombre de ces vides se distinguent de ceux du béton traditionnel; ils sont plus nombreux, plus petits et davantage monodimensionnels. Leur nombre plus élevé entraîne une probabilité de colmatage plus fréquente et plus aisée compte tenu de leur faible taille. La resistance au délavage du béton de sable Le délavage se manifeste sur des bétons frais, immergés, et se traduit sous forme de perte de cohésion entre les éléments les plus grossiers et les éléments plus fins du béton, ces derniers étant entraînés par l eau pour limiter ce phénomène qui, pour des coulages sous l'eau, tend à produire des bétons sans cohésion ni compacité, et donc impropres à leur destination, des adjuvants anti-délavage peuvent être utilisés. Mais il est également possible d'affiner la composition, notamment la granulométrie en particulier les bétons de sable, par leur finesse et leur meilleure homogénéité ont paru aptes à bien résister au délavage : celle aptitude a effectivement été constatée lors de chantiers de coulage de bêtons de sable immergés (comblement de cavités sous piles de pont par exemple), et elle a été mise également en évidence en laboratoire. Phénomènes de ségrégation des constituants Leur faible étendue granulometrique et donc leur plus grande homogenéité, combinées à une bonne maniabilité, confèrent aux bétons de sable un meilleur comportement que les bétons traditionnels vis-à- vis des phénomènes de ségrégation. Cette faculté a pu être mise en évidence à travers des expériences comparatives sur des bétons de sable et des bétons classiques équivalents, avec des plasticités et des modes de mise en œuvre variables. Influence de lʹajout de gravillons L'idée d'incorporer des gravillons dans une composition de béton de sable peut surprendre, ou paraître contradictoire avec la volonté d'utiliser ce type de béton; un tel ajout ne modifiait pas les propriétés spécifiques du béton de sable, pour peu que le dosage en gravillons soit faible. D.E.A Sciences des materiaux 55

69 Etude bibliographique béton de sable 2007 Un tel ajout a par contre un effet benefique sur certaines caractèristiques notament le fluage. Il a paru interessant de vérifier cet effet sur d autre caractéristiques des bétons de sable et en particulier la resistance à l attrition Une étude a été faite en laboratoire pour quantifier ces effets avec des ajouts de gravillons 6/10 de trois natures différentes. Les quantités de gravillons 6/10 ajoutés ont volontairement été limitées a des taux faibles, le rapport G/S (gravillons/sables) variant entre 0 et 0,7% dans cet intervalle, la charge en gravillons est suffisamment faible pour ne constituer qu'un ajout de composition, sans réellement avoir un effet structurant. La formulation et le comportement de tels bétons de sable chargés restent ceux d'un béton de sable et non ceux d'un béton traditionnel (pour lequel G/S est en général supérieur à 1,5 sans descendre en-deçà de 1,2). La résistance aux chocs : La particularité des bétons de sable de mieux résister aux chocs, constaté empiriquement, a été attribuée a une structure plus fine et plus homogène, permettant de mieux répartir les impacts et d'éviter les éclatements que l'on observe sur les bétons classiques, facilités par le déchaussement des gros granulats sous l'effet du choc. Cette propriété a été étudiée à l'aide de l'essai Los Angeles sur des cubes obtenus par sciage : l'influence de l'ajout de gravillons n'est favorable que jusqu à G/S = 0,25; au-delà le gain est peu sensible et l'influence est même négative à partir de G/S = 0,75 où la teneur en gravillons commence à avoir le même effet que sur un béton traditionnel. La résistance à Attrition : Quantifiée à l'aide de l'essai Deval, on peut constater que, comme il était prévisible, l'ajout de gravillons, quelle qu en soit la nature, améliore sensiblement (jusqu'à 50 %) cette caractéristique. Au-delà de G/S = 0,5, il n'y a plus d'amélioration. La résistance à la compression : Un ajout de gravillons avec G/S = 0.25 se révèle très valorisant; au-delà de 0,25 l'influence est beaucoup moins significative. Le module d'élasticité : Les bétons de sable ont des modules d'élasticité plus faibles que ceux des bétons classiques : c'est une donnée générale des matériaux granulaires 0/D pour lesquels le module diminue lorsque le Dmax diminue. D.E.A Sciences des materiaux 56

70 Etude bibliographique béton de sable 2007 L ajout de gravillons fait varier le module de la même façon que la résistance en compression, le gain étant encore plus net quand G/S passe de 0 à 0,25 et l'absence d'influence encore plus grande au-delà. Comportement thermique La réaction d'hydratation du ciment est très exothermique (40 à 60J/g). Ceci provoque, lors de la mise en œuvre du béton, des élévations de température pouvant atteindre 50 C au cœur de pièces massives. Lors du refroidissement, les variations de température sont à l'origine de contraintes mécaniques, ce qui peut conduire à la fissuration des pièces. Pour dimensionner une structure, la prévision et la prise en compte du champ des températures à l'intérieur d'un béton font l'objet de logiciels de modélisation et de calcul qui nécessitent de connaître un certain nombre de caractères thermiques du béton, et notamment : L exothermie Traduction des températures atteintes et de leur cinétique dans un béton (mesures effectuées sur éprouvettes à l'intérieur d un calorimètre); Le coefficient global de chaleur : il traduit la densité du flux thermique d'une pièce en béton soumise à des sources de chaleur dans diverses conditions; La chaleur massique La chaleur massique ou quantité de chaleur nécessaire pour élever 1g de matériau de 1 C, qui traduit l'inertie thermique; La conductivité thermique La conductivité thermique, qui caractérise la capacité d'un matériau à conduire la chaleur; Le coefficient de dilatation thermique Le coefficient de dilatation thermique, qui traduit les allongements en fonction de la température et qui est très utile au dimensionnement des ouvrages, notamment pour l'espacement des joints de dilatation; D.E.A Sciences des materiaux 57

71 Etude bibliographique béton de sable 2007 CHAPITRE PREPARATION VI / PREPARATION ET FABRICATION ET FABRICATION DU BÉTON DU DE BÉTON DE SABLE HAPITRE VI / SABLE I/ Fabrication - Transport I-1/ Approvisionnement, stockage, manutention I-1-1/ Sables Si un stockage primaire en tas du ou des sable(s) n'est pas à prescrire, il doit lui être préféré un stockage en trémies qui permet plus facilement d'éviter les risques de pollutions et de ségrégation. Toutes mesures propres à éviter les risques excessifs de ségrégation notamment pour les sables fillérisés, seront prises. Les tapis d'alimentation et les trémies seront conçus pour limiter les aléas climatiques (humidification...). En effet, les fluctuations rapides de teneur en eau sont mal prises en compte par les sondes hygrométriques (résistives ou capacitives) dont la précision est médiocre (de l'ordre de 1 point par rapport à la valeur indiquée et pour des teneurs eu eau inférieures à 12 %). Ces recommandations, si elles sont valables pour tous bétons, sont primordiales pour les bétons de sable, car dans les bétons classiques, la présence de gravillons dont la teneur en eau varie généralement dans la gamme 1-5 % limite l'incidence des variations de teneur en eau des sables qui varie dans la gamme 1-16 % selon leur origine et leurs modes de stockage. I-1-2/ Ciment adjuvants Les mêmes modalités que pour les bétons classiques sont à appliquer I-1-3/ Additions Les additions, qu'elles soient types fillers (calcaires ou siliceux) ou active (cendres volantes, fumée de silice...), doivent toujours être stockées en silos comme les ciments et avec les mêmes équipements (vibreurs, systèmes anti-voûte, systèmes de sécurité, détecteurs de niveaux). D.E.A Sciences des materiaux 58

72 Etude bibliographique béton de sable 2007 I-1-4/ Eau Dans l état actuel des connaissances, les eaux recyclées doivent être évitées pour la confection de béton de structure, même en cas de stockage en cuve agitée en permanence. I-2/ Dosage des constituants Les sables, ciments et additions doivent être de preference dosés pondéralement. L eau et les adjuvants peuvent être dosés en poids ou en volume. Dans tous les cas, les équipements et les diverses opérations de dosage doivent permettre de respecter les précisions spécifiées. Les bornes qui peuvent être requises pour le dosage des matériaux constitutifs sont incluses dans la norme P Le ciment et les additions sèches doivent être dosés sur une ligne distincte de celles des sables. Lorsque les différents sables sont pesés sur un même instrument de pesage, ils le sont successivement, soit séparément, soit cumulativement. Les différents types d'adjuvant ne peuvent être dosés sur le même appareillage que si toutes les précautions sont prises pour éviter les risques de contaminations. I-3/ Malaxage I-3-1/ Durée du malaxage La durée du malaxage des bétons de sable comme de tout béton doit être suffisante pour obtenir l homogénéité des constituants Certaines études démontrent que cette durée n a pas lieu d être systématiquement plus élevée que celle adoptée pour les bétons traditionnels car cela dépend essentiellement du matériel disponible. En effet la dispersion des éléments fins s effectue sans difficulté particulière dans les malaxeurs classiques. Il est même déconseillé d augmenter la durée du malaxage car l air peut en résulter avec les conséquences qui en découlent (microbullage interne, ). En général, la durée de malaxage en usine est de l ordre de 30secondes Toutefois, sur certains chantiers (routiers par exemple) la durée de malaxage du béton de sable a dû étre augmentée. D.E.A Sciences des materiaux 59

73 Etude bibliographique béton de sable 2007 I-3-2/ Ségrégation Les risques de ségrégation lors du malaxage, par séparation des granulats de dimensions très différentes sont, par la nature même des bétons de sable, moindres que dans les bétons traditionnels. Les malaxeurs pour lesquels le mélange est assuré par déplacement des matériaux les uns par rapport aux autres (palette, cuve tournante..,) sont préférables aux bétonnières où seule l'action de la pesanteur est utilisée. I-3-3/ Modalités de malaxage Comme pour les bétons traditionnels, les constituants «actifs» (ciment, addition) doivent être introduits en dernier dans les mélangeurs, immédiatement avant l'eau. Certaines techniques particulières comme la confection préalable d'un coulis introduit ensuite dans le mélange granulaire sont possibles, sous réserve de mis au point préalable. Compte tenu de l'importance relative plus élevée que dans les bétons classiques de la quantité d'eau apportée par les sables et éventuellement les additions humides, il est essentiel de bien connaître cet apport d'eau. Il en découle que dans les usines de préfabrication confectionnant toujours le même béton, il est judicieux d'employer des appareils de conduite permettant de contrôler en continu la consistance des bétons frais (wattmètre...). Bien entendu, comme pour les bétons classiques, la faculté d'absorption d'eau dans les sables doit être connue pour pouvoir être maîtrisée. I-4/ Transport Pompage I-4-1/ Transport Le transport du béton de sable du lieu de production au lieu d utilisation s effectue par les mêmes moyens que les bétons classiques. Bien que les bétons de sable soient généralement très plastiques, les risques de ségrégation pendant les transports sont faibles, compte tenu de l homogénéité granulaire des matériaux. D.E.A Sciences des materiaux 60

74 Etude bibliographique béton de sable 2007 I-4-2/ Pompage L'un des avantages du béton de sable par rapport aux bétons traditionnels est sa grande aptitude à être aisément pompé. En effet, les qualités facilitant les pompages sont : La granularité continue du mélange; La bonne cohésion et faible ressuage; La plasticité élevée (affaissement > 10 cm). Les pompes à piston ou pneumatiques sont utilisables dans les mêmes conditions que pour les bétons traditionnels. Les grandes maniabilités des bétons de sable permet d'augmenter les longueurs de pompage (horizontal ou vertical) et d'utiliser des pompes plus " rustiques» (type péristaltique, avis, etc.). II/ Mise en oeuvre II-1/ Préparation des coffrages Les dimensions des granulats et les consistances généralement très plastiques voir fluides des bétons de sable nécessitent d'apporter un soin particulier à la préparation des coffrages, afin que les avantages des béton de sable en ce qui concerne les parements soient bien obtenus. La propreté et surtout l'étanchéité devront être strictement vérifiées. II-2/ Vibration - Surfaçage Bien que la consistance des bétons de sable soit telle qu'une mise en place par simple étalement puis piquage puisse se concevoir. Il est toujours préférable de procéder à une vibration, interne ou externe selon les cas, afin d'obtenir la compacité maximale par élimination des vides d'air et pour assurer un parfait remplissage des coffrages ou des moules, notamment en cas de ferraillage important ou de formes compliquées. Même si l'étendue granulométrique des bétons de sables limite le risque de ségrégation, il ne faut pas trop les vibrer, car cela pourrait favoriser les remontées d'eau, les bétons de sable ayant souvent des consistances plastiques ou très plastiques. Comme pour les bétons avec gravillons, la vibration est d'autant plus efficace que sa fréquence est élevée, en revanche le rayon d'action diminue. L'énergie étant transmise par action D.E.A Sciences des materiaux 61

75 Etude bibliographique béton de sable 2007 physique, il est préférable de déplacer plus souvent l'aiguille vibrante dans les bétons de sable (un peu comme pour les bétons légers). Les bétons de sable se mettent en place facilement aussi bien sur site qu'en usine de préfabrication; aussi, les durées de vibration, toutes choses égales par ailleurs (consistance...), sont sensiblement inférieures à celles des bétons avec gravillons pour obtenir des résultats comparables. Cet avantage peut être quantifié par calcul des temps de vibration tel que proposé par G. Dreux. [23] K 6, K 7 et K 8 : Coefficients; A 1 : affaissement au cône G : coefficient granulaire Comme le coefficient G des sables (même concassés) est nettement inférieure a celui des gravillons (rapport de 1 à 3 environ), les temps de vibration des bétons de sable seraient selon cettee hypothèse réduits d environ 25%. II-3/ Joints de reprise Comme les bétons de sable sont souvent utilisés pour obtenir de beaux état de surface, il est nécessaire d'être très attentifs aux joints de reprise du bétonnage. De la même manière que les bétons classiques, les joints de reprise seront de préférence perpendiculaires au sens des contraintes et suivront des formes rectilignes de l'ouvrage (décrochement, faux joints...). II-4/ Parement L esthétique des ouvrages est un caractère de plus en plus fréquemment pris en compte. A cet égard, les bétons de sable sont particulièrement favorables car il est possible d'obtenir des surfaces très soignées sans techniques trop sophistiquées. Lors de la confection des bétons de sable, un malaxage trop prolongé peut induire des microbullages qui peuvent être négatifs vis-à-vis de la qualité des parements. Les facteurs qui conditionnent l'aspect des parements sont identiques à ceux des bétons avec gravillons, c'est-à-dire : D.E.A Sciences des materiaux 62

76 Etude bibliographique béton de sable 2007 o Qualité, couleur, dosage en ciment et en addition; o Nature, granulométrie et couleur des sables; o procédés de mise en œuvre (coulage en place, préfabrication...). Les traitements de surface classiques (bouchardage, lavage, désactivation, sablage...), s'ils restent possibles avec les bétons de sable, sont généralement peu judicieux. III/ Contrôles III-1/ Généralités III-1-1/ Préambule D une manière générale, l'objectif des contrôles est de s'assurer de la conformité des ouvrages avec les exigences essentielles de ceux-ci La satisfaction de cet objectif repose sur deux axes complémentaires : une organisation de la qualité; un contrôle de produits Le contrôle est d ailleur une partie intégrante du système d assurance de la prédite des entreprises de construction ou celles de production de bétons. Les recommendation suivantes ne concernent que l organisation de la réalisation des contrôles internes sur béton de sable III-1-2/ Types d essais Les contrôles sur les bétons de sable, comme pour tout béton, comprennent la vérification de toute la chaîne d élaboration des produits puis la vérification de ces dérniers. Les principaux points sont : objectifs : contrôles de la qualité des constituants; contrôles des matériels de confection des bétons; contrôles des bétons frais; contrôles des bétons durcis. Rappelons que plusieurs types d'essais sur bétons durcis sont à concevoir selon les essais de recherche; essais d'étude, de convenance et de contrôle; essais d'information. Les commentaires suivants sont principalement relatifs au deuxième groupe. D.E.A Sciences des materiaux 63

77 Etude bibliographique béton de sable 2007 III-2/ Contrôles avant durcissement du béton III.2.1/ Constituants Ciment, adjuvant, eau Les modalités de contrôle sur les ciments, les adjuvants et les eaux de gâchage ne se différencient pas, pour les bétons de sables, de celles adoptées pour les bétons avec gravillons. Sable L'attention doit être apportée au contrôle des sables et notamment leur régularité tant en granulométrie (constance du module de finesse) qu'en propreté (ESv, valeur au bleu...). En particulier, il est impératif de contrôler la granulométrie, afin de la maîtriser en permanence, la teneur en filler dans le cas de sable fillerisé (sable de broyage par exemple) ou à teneur élevée en éléments inférieurs a 80 m. Fillers Dans l'attente de la mise en place effective d'une certification sur les additions, les fillers qui font la particularité même de la composition des bétons de sable doivent être particulièrement suivis. Comme pour tous les autres constituants, le caractère essentiel à vérifier est la régularité des caractéristiques (granulométrie, finesse ) De plus, leur nature minéralogique doit être connue et suivi car pour certains (fillers calcaires dolomitiques par exemple) leur emploi peut être exclu III.2.2/ Dosage des constituants Quelle que soit la méthode de dosage des constituants (pondéral ou volumètrique), des procedures de suivi de la précision des dosage doivent étre prévues comme pour les bétons traditionnel. III.2.3/ Contrôles des bétons frais Les méthodologies d'essais sur béton de sable (analyse, densité, consistance, air occlus) sont identiques à celles adoptées pour les bétons classiques. D.E.A Sciences des materiaux 64

78 Etude bibliographique béton de sable 2007 La consistance des bétons frais peut parfaitement être estimée par les méthodes habituelles (affaissement au cône, table à secousse, ) Néamoins, il est generalement admis que les bétons de sable ont une mise en place dans les coffrages plus aisée que les béton classiques. En conséquences, un décalage d'une classe (P ), soit environ 5 cm d'affaissement au cône, peut être adopté en ce qui concerne l'interprétation des résultats. Tableau n 20 : Interpretation vis-à-vis des moyens de mise en place Affaissement Appellation Au cône Bétons classiques P (cm) Bétons de sable Ferme 4 Vibration très ferme Vibration Plastique 5 à 9 Vibration Vibration légées (ou) piquage) Très plastique 10 à 15 Piquage (ou légère vibration) (1) Fluide 16 (1) (1) (1) Aucune exigence quant à la mise en place (béton «coulant»). Bien évidemment, les natures des essais et leur fréquence sont fonction de l'ouvrage réalisé (un béton pour poutre précontrainte est à contrôler plus fréquemment qu'un béton de remplissage par exemple). Pour des usages particuliers, bétons routiers par exemple, des mesures de ressuage et de teneur en air occlus peuvent être nécessaires. III.3/ Contrôles sur béton durci III.3.1/ Types d'éprouvettes Les éprouvettes généralement employées pour contrôler les résistances des bétons sont des cylindres ; h = 32 cm ou des prismes 10 x 10 x 40 cm. Cependant, dans le cas particulier des bétons de sable, compte tenu de l'absence de gravillon, le critère permet parfaitement d'employer des cylindres ; h = 22 cm, D.E.A Sciences des materiaux 65

79 Etude bibliographique béton de sable 2007 donc de taille et de masse plus faibles, et ce, sans conséquences négatives sur la représentativité des résultats, Rappelons que comme pour les bétons classiques la nature du moule (plastique, métallique, carton) peut dans certains cas influer sur les résistances mesurées. Les méthodologies de confection et d'essais (surfaçage, conservation, rupture) ne sont pas différentes de celles des bétons avec gravillons. III.3.2/ Fréquence d'essais Comme pour les essais sur bétons frais, les fréquences de contrôles des bétons durcis dépendent de l'ouvrage; le DTU 21*, par exemple, prévoit cinq types de chantiers avec des niveaux de contrôles différents. Il appartient au cahier des charges de fixer la fréquence des essais de réception, notamment en fonction des caractéristiques de l'ouvrage. Compte tenu de la spécificité des bétons de sable, dans le cas où la résistance est le critère de base, et s'il s'agit d'une fabrication en continu par le BPE, par exemple, une fréquence de contrôle d'un prélèvement tous les 500 ± 150 m 3 paraît suffisante. Pour des productions discontinues, cette proposition de fréquence doit être adaptée. III.4/ Autres essais sur bétons Tous les essais sur bétons durcis qui s appliquent aux bétons classiques peuvent être utilisés pour tester les bétons de sable. III.4.1/ Essais non destructifs Les principaux sont : Masse volumique apparente; Module d'élasticité dynamique par mesure de la fréquence fondamentale de résonance; Vitesse de propagation du son. Les essais au scléromètre peuvent être envisages sous réserve, comme pour les bétons avec gravillons, d'un étalonnage préalable. D.E.A Sciences des materiaux 66

80 Etude bibliographique béton de sable 2007 III.4.2/ Déformations La connaissance de certains caractéristiques (module, fluage) est nécessaire pour le calcul d'ouvrage en béton; certains essais de déformations comme les retraits (ou les gonflements) sont particulièrement importants. En effet, les bétons de sable ayant généralement, de par leur structure fine, et donc leur dosage en eau souvent plus élève, des variations dimensionnelles sous charge nettement plus élevées (sauf mise au point de formulation particulière) que celles des bétons avec gravillons, Il est fondamental de les connaître afin de pouvoir prendre les mesures nécessaires (augmentation du nombre de joints, cure...). III.4.3/ Adhérence L'adhérence des bétons de sable, vis-à-vis soit des armatures soit d'un support (béton de sable projeté), est un caractéristique important a connaître. III.4.4/ Autres essais D'autres essais particuliers peuvent dans certains cas être nécessaires, comme par exemple les mesures de résistance aux chocs, de gradient thermique ou de résistance à l'attrition. Dans de tels cas, des méthodologies spécifiques sont généralement conçues. III.5/ Essais de durabilité La durabilité des bétons en général est un critère qui est devenu capital compte tenu principalement des réductions de dosages en ciment et de l'utilisation de plus en plus inévitable de matériaux potentiellement réactifs. III.5.1/ Environnements La norme ENV 206 a introduit la notion d'environnement qui a été reprise dans le projet de norme P relative au BPE et qui sera reproduite dans la norme générale «béton» en cours de rédaction. Ces environnements sont : o Sec; o Humide (avec gel faible, modéré ou sévère); o Humide avec gel et produits dégivrants; o Marin (sans gel ou avec gel); D.E.A Sciences des materiaux 67

81 Etude bibliographique béton de sable 2007 o Agressifs (au sens chimique). III.5.2/ Porosité, perméabilité, capillarité Les bétons de sable sont susceptibles, de par leur nature, d'avoir des porosités plus élevées que celles des bétons avec gravillons; Il en découvre que la connaissance et le contrôle de cette caractéristique (proportion de vide dans le béton) de même que la perméabilité a l'eau on a l air (transfert d eau à travers le béton) en régime permanent et la capillarité remontée d eau dans le béton) peuvent être nécessaires en cas d ambiance agressive de types d'environnements 4 ou 5. III.5.3/ Corrosion, carbonatation Les techniques d'essais de corrosion, de carbonatation, de pénétration des chlorures, de résistance aux sulfates sont indépendantes du type de béton, avec ou sans gravillon. III.5.4/ Alcali-réaction Compte tenu de la possibilité d'emploi de sables peu ou pas utilises jusqu à présent ou élaborés à partir de roches massives. Il est nécessaire de vérifier leur potentialité de réactivité avec les alcalins des éléments La norme P explicite la démarche pour tester les matériaux et définit techniques palliatives éventuellement necessaires. IV/ Formulation et essai (Réf : NF P ) III.5/ Formulation Il y a une méthode de formulation de béton de sable proposée par la norme NF P ; mais on peut utiliser quand même les méthodes applicables aux bétons traditionnels On retrouve pour les bétons de sable les mêmes données de base et les même données complémentaires que celle des bétons traditionnels. Les proportions des differents constituants sont déterminées soit par une étude, soit par une experimentation préalable dans les mêmes conditions que celles du chantier visé. Il faut aussi tenir compte, comme pour les bétons traditionnels, des actions physique et chimique dues à l environnement auxquelles ils sont exposés. Selon la classe d environnement du béton durci et selon le type de béton de sable (non armé, armé, précontraint) les spécifications applicables au béton de sable sont conformes à celles pour le béton par la norme P (voir annexe) D.E.A Sciences des materiaux 68

82 Etude bibliographique béton de sable 2007 III.5/ Essais Les bétons de sables sont soumis aux mêmes dispositions que les bétons traditionnels aussi bien pour les études et les convenances que pour les contrôles. L utilisation d éprouvettes differentes de celles utilisées pour les bétons classiquess est, lorsqu elle est permise par les normes d essai, subordonnée à l établissement de coefficent de conservation. V/ Propriétés des bétons de sables et méthodes de vérifications (Réf : NF P ) Les propriétés du béton traditionnel, frais ou durci, et les méthodes de verification de ces propriétés sont pratiques pour les bétons de sable. La classification des bétons en classes de consistance ou en classes de résistance s applique de la même façon aux bétons de sable. D.E.A Sciences des materiaux 69

83 Etude bibliographique béton de sable 2007 CHAPITRE VII / CHAPITRE VII / DE SABLE UTILISATION DES BETONS DE SABLE PRATIQUES D UTILISATION DES BETONS I/ Introduction Les beton de sable peuvent utilisés dans tous les domaine du génie civil; leur composition depend suivant leur usage et l exigence du cahier de charge. Les grands domaines d'utilisation des bétons de sable ont été abordés dans le présent chapitre sont: o fondations; o bâtiment; o voirie et construction routière; o Ouvrages d'art; o Accessoires de VRD. II/ Fondation Cette partie aborde l utilisation du béton de sable dans le domaine des fondations d ouvrages (bâtiment, ouvrages d art, ouvrages maritimes ) Les fondations profondes d une part, les réparations et reprises en sous acier d autre part, sont plus particulièrement développées. Ces réalisation relèvent en effet de «béton spéciaux» mis en œuvre avec des matériels et selon des procédés spécifiques, couvrant dans leur ensemble toute une technologie pour laquelle le béton de sable offre des propriétés parfaitement adaptées. II.1/ Fondations superficielles L utilisation du béton de sable pour la réalisation de fondation superficielles (.semelles, radiers...) coulées à l'intérieur de coffrages ou en pleine fouille, à l'abri de la nappe ou hors d'eau, est semblable a celle du béton traditionnel, qu il s agisse de fondations d'ouvrages de génie civil ou des fondations de bâtiments. Les méthodes de dimensionnement et de conception, ainsi que les dispositions constructives restent applicables. Pour les fondations superficielles qui en certaines circonstances peuvent être coulées sous l'eau (caisson...) les conditions d utilisation de béton de sable sont identiques, tant au point de vue D.E.A Sciences des materiaux 70

84 Etude bibliographique béton de sable 2007 des caractéristiques que des moyens à mettre en œuvre, à celles décrites et après pour les fondations profondes qui utilisent la technique du tube plongeur. II.2/ Fondations profondes II.2.1/ Généralités Un chantier de bétonnage de pieux ne peut se concevoir comme chantier de superstructures, non seulement parce que les matériels et les méthodes de travail diffèrent, mais aussi parce que le béton de pieu présente lui-même sa spécificité. Ainsi l'ouvrage «Les pieux forés Respect des règles de l'art» énonce les caractéristiques fondamentales suivants des bétons pour pieux exécutés en place : o fluidité, bonne faculté d'écoulement et de serrage sous son poids; prise lente et contrôlée, o résistance à l'agressivité du milieu par une compacité élevée et une bonne imperméabilité, o bonne performances mécaniques. Le béton de sable, de par sa conception et sa composition, répond parallèlement aux conditions évoquée ci-dessus. II.2.2/ Caractéristiques des bétons de pieu pour répondre aux contraintes d exécution Ainsi qu indiqué précédemment les caractérisatiques fondamentales sont par ordre prioritaire, les suivantes : Fluidité ou maniabilité: Elle sera obtenue par l utilisation d adjuvant, et non par augmentation abusive ou incontrôlée de la quantité d eau. Si elle entraîne une meilleure fluidité, ne peut par ailleurs que nuire aux autres caractéristiques du béton. Ségrégation: Outre le risque d une ségrégation naturelle liée à la présence de gros éléments, le phénomène de ségrégation peut être provoque par l existence de cages d armatures, et même accentué par la présence d eau ou de boue (risque de délavage du béton, d où présence de nids ce cailloux ). Cette «perte de fines «tant redoutée justifie à elle seule les dosages élevés en ciment (400kg/m 3 le plus souvent) qui sont retenus au titre de la sécurité, et reconnus comme devant notamment palier la délicate opération de mise en œuvre au tube plongeur, D.E.A Sciences des materiaux 71

85 Etude bibliographique béton de sable 2007 De ce point de vue, le béton de sable, outre sa forte teneur en éléments fins, présente naturellement une homogénéité et une cohésion qui lui assurent un meilleur comportement que le béton traditionnel face au risque connu de ségrégation. Le bétonnage proprement dit Le bétonnage proprement dit et certaines opérations qui lui succèdes, comme par exemple l extraction du tube de travail et la remontée du tube plongeur, impliquent à la fois un déroulement rapide de la mise en œuvre et une prise différée du béton, obtenue par un choix judicieux de ciment et l'emploi éventuel d'un retardateur. Compacité et imperméabilité Compacité et imperméabilité qui vont de pair sont difficiles à obtenir car le teneur en eau des bétons pour pieux est souvent élevée : comme pour les bétons traditionnels, l'emploi d'adjuvant réducteur d'eau se révèle indispensable dans les bétons de sable pour pieux Les performances mécaniques La bonne compacité du béton de sable, obtenue grâce à la forte proportion en éléments fins (ciment et fines d'addition notamment) ainsi qu à l utilisation systématique d'adjuvant plastifiant réducteur d eau, conduit normalement à des caractéristiques mécaniques tout à fait suffisantes. II.2.3/ Technique de mise en œuvre Les trois moyens employés pour la mise en œuvre du béton dans le forage, après mise en place de la cage d armatures sont le tube plongeur, la pompe associée au tube plongeur et la benne à ouverture commandé. Ce dernier moyen, qui fut utilisé plus particulièrement pour les fondations de grand diamètre (caisson, enceinte, grand barrage ) est aujourd hui, compte tenu de son rendement un peu faible, de plus en plus remplacé par la pompe. II.2.4/ Cas particulier des pieux moulés exécutés à la tarière creuse continue Lorsque le forage est réalisé à la tarière creuse (à vis simple ou double) le béton est alors mis en place par l'âme creuse de la tarière continue au fur et à mesure de son extraction. Ainsi le béton prend en continu la place laissée vide dans le terrain lors de la remontée du train de tarière. La mise en place d'une éventuelle cage d'armatures, pour reprendre des efforts horizontaux, ne peut s'effectuer qu'après le bétonnage du pieu cette opération, si elle intervient sans perte de D.E.A Sciences des materiaux 72

86 Etude bibliographique béton de sable 2007 temps, ne présente pas de difficulté jusqu'à des hauteurs de cage de l'ordre de 12 m. Au delà, la résistance opposée par le béton du pieu (liée à sa granulométrie, à sa consistance et à son maintien rhéologique), mais aussi la rigidité de la cage et son centrage interviennent de façon plus sensible dans la progression de la cage. III/ Le béton de sable en bâtiment On peut utiliser le béton de sable dans le domaine du bâtiment ; mais leurs compositions varient suivants la déstination d utilisation. III.1. / Eléments peu ou non porteurs III.1.1/ Blocs pleins ou creux A partir de formules à base de sables locaux et moyennant de simples réglages des installations de production, des produits répondant aux normes en vigueur ont été mis au point. III.1.2/ Bandeaux Corniches Acrotères Ces éléments presque toujours préfabriqués en béton armé ont un classement moyen et sont peu porteurs ou simplement autoporteurs, leur plus grande dimension n'excédera pas 4 m. Si les caractéristiques requise restent secondaires (R C28 24 MPa), en revanche, les contraintes d aspect prennent ici toute leur importance. On cherchera donc un béton de sable bien chargé en fines (20 à 30%) pour améliorer la compacité, la maniabilité et l'état de surface au décollage. Pour une meilleure durabilité de ces éléments très exposés, on visera une densité supérieure ou égale à 2,25. Le béton de sable affiche naturellement une très bonne résistance au gel de par la répartition et les dimensions du microbillage, ce qui le prédispose à cette utilisation. III.2. / Éléments de structures porteurs III.2.1/ Poutres Les expérimentations réalisées sur des poutres 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. Cette plus grande souplesse du matériau peut s avérer intéressante en cas de risque de déformation imposé (tassement d appui, par exemple). D.E.A Sciences des materiaux 73

87 Etude bibliographique béton de sable 2007 Cette caractéristique pourrait également être mise à profit pour la construction en zone sismique. III.2.2/ prédalles précontraintes Les contraintes de productivité sont très fortes sur ces produits de grande diffusion. La rotation des bancs par étuvage est la règle et la résistance au démoulage doivent atteindre des valeurs importantes (25MPa à 6h), combinées à une bonne adhérence des fils de précontrainte. Des expérimentations en laboratoire et usine ont démontré la faisabilité de prédalles précontraintes en béton de sable. Avec un dosage de 120 Kg de CPA, 30 MPa ont été atteints après 6h d étuvage. L acheminement du béton de sable sec (E/C = 0,5) à forte cohésion, peut présenter des difficultés de vidange des trémies de distribution. On évitera aisément de tels problèmes en installant des vibreurs de surface a proximité des trappes. Comme pour les béton classiques, le choix des adjuvants, réducteur d'eau ou super plastifiant, devra être judicieux et défini par essai en usine pour parvenir aux meilleurs résultats III.2.3/ Fonds de moules Il est possible de réaliser aisément en faible épaisseur des fonds de moules coffrants qui constitueront la face apparente du panneau final. Le béton de sable sera avantageusement porteur de l'esthétique de l'ouvrage dont les dimensions définitives seront obtenues par un coulage complémentaire sur site. III.3/ Eléments horizontaux Dallage Les dallages à radiers sur terre plein, dalles de compression de planchers hourdis ou de planchers sur prédalles, dalle armées coffrée assurent les fonctions distinctes de fondations et supports de revêtement horizontaux. Ils cumulent, de ce fait, les contraintes afférentes. Dans ces usages, la «souplesse» du béton de sable, déjà mise en exergue, présente l intérêt de lui conférer une excellente aptitude a transmettre les charges au sol en limitant la concentration de contraintes et donc la fissuration. A noter toutefois que certaines formulations de bétons de sable courants peuvent, selon la nature et le dosage des constituants, induire des valeurs moyennes de retrait supérieures à celles D.E.A Sciences des materiaux 74

88 Etude bibliographique béton de sable 2007 observées sur des bétons classiques équivalents et, de ce fait, nécessiter des précautions particulières. On veillera à respecter strictement les prescriptions en matière de calcul des distances entre joints, et l'on systématisera les procédures de cure visant à réduire l'importance du retrait au jeune âge. On pourra aussi faire appel, pour les mêmes raisons, à l'adjonction de fibres. Dallages industriels Pour la réalisation de ces ouvrages, soumis à de fortes sollicitations, il est souvent fait appel à des techniques de type routier : les applications dallages industriels sont, pour cette raison, traitées avec les bétons de voirie, Dallages en béton de sable coloré La recherche d'effets esthétiques particuliers peut conduise à envisager l'utilisation de bétons de sable colorés. L'utilisation du béton de sable colorés valorie l'esthetique d'un dallage, elle peut même présenter des avantages du point de vue des performances mécaniques par rapport à bon nombre de produits du marché destinés au même usage, il conviendra cependant de prendre les precautions suivantes (la plupart de ces remarques étant d ailleurs applicables aux bétons traditionnels colorés) : S assurer d une bonne homogénéisation du colorant au malaxage et de la régularité de fabrication; Éviter les forts dosages en colorant : 3 % du poids du ciment parait être un plafond: Eviter les remaniements de surface après réglage : si le passage d'une toile de jute reste acceptable pour obtenir une légère rugosité, le triage du béton de sable s'avère délicat et ne contribue pas à améliorer le fini, d'auttant plus qu'il peut générer des traces disgracieuses de ressuage; III.4/ Éléments verticaux Le domaine d'emploi de ces éléments : poteaux, voiles, murs et parois en béton banché... est vaste et, selon la destination et la fonction des éléments, les bétons mis en œuvre nécessitent des caractéristiques et performances très variées. En effet, les performances mécaniques exigées d'un béton destiné à la fabrication d'un poteau élancé, soumis à de fortes charges, n'ont rien de commun avec celles d'un béton banché à seule fonction de remplissage. D.E.A Sciences des materiaux 75

89 Etude bibliographique béton de sable 2007 Les performances des bétons de sable répondant à la plupart des exigences courantes habituellement requises, le choix du matériau résultera de la volonté d'exploiter une ou plusieurs de ses propriétés spécifiques, qu'elles soient d'ordre technique, quand prévalent, par exemple, des exigences de maniabilité et d'esthétique, ou d'ordre économique, en fonction du contexte. IV / Le béton de sable en voirie IV.1. / Généralités Chaussées en béton Pour la réalisation de structures de chaussées, le béton de ciment classique peut être utilisé comme couche de fondation bétons maigres ou bétons poreux ou comme couche de roulement bétons traditionnels. Dans ce deuxième cas, le béton peut être recouvert d'une couche de surface venant améliorer la résistance à l'usure de la chaussée, ainsi que le confort et la sécurité des usagers. Dans les chaussées réalisées en béton de ciment, le coût du matériau béton représente plus de 50 % du coût de la structure, hors emprise, terrassement, et ouvrages d'art éventuels. L'emploi de béton de sable, en remplacement des bétons de ciment classiques ou des bétons maigres, peut constituer une variante de structure rigide intéressante sur le plan économique, en raison du coût de fabrication moindre de ce matériau. Ce sera notamment le cas dans une situation de pénurie en gravillons. Dallages industriels Les bétons employés dans les dallages s'apparentent à ceux utilisés pour les chaussées, mais, selon leur destination, les performances mécaniques demandées peuvent être moins élevées. De plus, les dallages étant le plus souvent horizontaux ou à très faible pente, des bétons fluidifiés peuvent être utilisés. Équipements de voirie extrudés Il s'agit généralement des caniveaux, bordures, murets, séparateurs, glissières de sécurité réalisés en béton à l'aide de machines à coffrages glissants. IV.2. / Domaine d application des bétons de sable En construction routière, les bétons de sable peuvent être utilisés dans les trois types d ouvrages précédemment citer : D.E.A Sciences des materiaux 76

90 Etude bibliographique béton de sable 2007 Par rapport aux chaussées en béton traditionnel, la mise en œuvre des chaussées en béton de sable ne présente pas de difficultés particulières. Seuls quelques aménagements sont nécessaires sur les machines a coffrages glissants. L'utilisation du béton de sable comme couche de chaussée se trouve en particulier justifiée par l'économie éventuelle sur le coût des matériaux que la solution béton de sable doit permettre de réaliser. Pour les dallages industriels, en plus de l'économie réalisée sur le coût des matériaux, la facilité de mise en œuvre pourra également justifier le choix d'une solution béton de sable. Pour les équipements de voirie extrudés, c'est une analyse au cas par cas de chaque type d'ouvrage qui permettra d'identifier l'intérêt amené par l'utilisation de béton de sable, par exemple sous les aspects coût, facilité de mise en œuvre, esthétique, etc. IV.3 / Caracteristiques demandées aux bétons de sable de voirie Plasticité : 2 à 6 cm, au cône d Abrams (norme NF P 18451) Maniabilité LCPC : 10 à 30 secondes, au maniabilimètre à béton (norme NF P 18452) Teneur en air occlus : 8 à 10 %, à l'aéromètre à béton (norme NF P 18353) Performance mécaniques : elles sont consignées dans le Tableau n 21 ci-dessous, conformément à la norme NF P Tableau n 21 Classes de résistance des bétons routiers, selon la norme NF P Classes de résistance Résistances caractéristiques à 28j en MPa NF P Compression NF P Fendage NF P , , , , ,3 Les classes 1 et 2 correspondent à des bétons de sable qualifiés de maigres, avec un dosage en ciment compris entre 150 et 220 kg/m 3 économiques. La classe 3 correspond à des bétons de sable dosés entre 250 et 300 kg/m 3 La classes 4 et 5 correspondent à des bétons de sable dosés entre 300 et 370 Kg/m 3 La classe 6 de la norme parait peu applicable aux bétons de sables, pour des raisons D.E.A Sciences des materiaux 77

91 Etude bibliographique béton de sable 2007 Fatigue : l expérience sur la caractérisation, par des essais de laboratoire, du comportement en fatigue des bétons de sable, reste à ce jour très limitée. C'est également le cas pour les autres bétons traditionnels. Comme explicité dans les exemples de dimensionnement traités dans la partie II, les paramètres des bétons de sable pour le dimensionnement seront en fait directement déduits de la résistance en fendage à 28 jours, et non de résultats d essais de fatigue le plus souvent non disponibles. IV.4 / Applications chaussées en béton dimensionnement Comme pour les chaussées en béton classique, le bon comportement des chaussées en béton de sable est très largement conditionné par les aspects drainage, non érodabilité du support, présence de surlargeur, etc. Une attention particulière sera de la même façon accordée aux opérations de contrôle de la qualité et des performances mécaniques du béton utilisé, ainsi qu'à ses conditions de mise en œuvre. Classement des chaussées selon l importance du trafic journalier : o Classe To : Chaussées à fort trafic, plus de 2000 vehicules poids lourd par jour dans les deux sens o Classe T1 : Chaussées à fort trafic, 750 à 2000 vehicules poids lourd par jour dans les deux sens o Classe T2 : Chaussées à trafic moyen, 300 à 750vehicules poids lourd par jour dans les deux sens o Classe T3- : Chaussées à trafic moyen, 100 à 300 vehicules poids lourd par jour dans les deux sens o Classe T3+ : Chaussées à trafic moyen, 50 à 100 vehicules poids lourd par jour dans les deux sens o Classe T4 : Chaussées à faible trafic, 25 à 50 vehicules poids lourd par jour dans les deux sens o Classe T5 : Chaussées à faible trafic, 10 à 25 vehicules poids lourd par jour dans les deux sens o Classe T6 : Chaussées à faible trafic, 0 à 10 vehicules poids lourd par jour dans les deux sens IV.4.1/ Chaussées à fort trafic : TO et Tl L'emploi du béton de sable comme couche de revêtement n'est pas retenu pour les chaussées à fort trafic. Par contre, le béton de sable peut être utilisé comme couche de fondation : D.E.A Sciences des materiaux 78

92 Etude bibliographique béton de sable 2007 les bétons de sable correspondant aux classes de résistance 1, 2 et 3 peuvent alors être envisagés. En pratique, le choix de ce niveau de performances du béton de sable, dépendra de la stratégie de construction du maître d'œuvre. Il relèvera donc de sa propre responsabilité. Il convient de signaler ici, à titre de référence, que seuls les bétons correspondant aux classes de résistance 2 et 3 sont retenus pour la conception et le dimensionnement des structures de chaussées du Catalogue des structures neuves de la Direction des Routes, dans ce contexte d'utilisation (trafics TO et T1 en couche de base). Pour assurer le bon comportement à long terme de la chaussée, les performances du béton de sable vis-à-vis du phénomène d érodabilité doivent être l'objet d'une attention particulière. Ainsi, dans le cas ou la couche de roulement sera du type dalles californiennes ( dalles courtes discontinues en béton non armé non goujonné, avec joints transversaux sciés ou moulés, sur couche de fondation traitée) un débit d'érosion du béton de sable utilisé, inférieur à 25 g/min, mesurés à l'essai d'érodabilité à la brosse métallique, est à vérifier Pour les autres structures, assurant en géneral de meilleurs conditions de transfert de charge aux joints, des performancs moindres peuvent être envisagés selon le cas. Pour obtenir les performances de résistance et de non érodabililé requises ici, il ne sera pas nécessaire dans la plupart des cas d'incorporer, dans ces bétons de sable, des additions (les sables utilisés étant le plus souvent «fillérisés»), ni des adjuvants ou autres ajouts. Il faudra préférer un dosage élevé d'un liant peu performant à la recherche d'un dosage faible avec un liant, performant. Par exemple, on préférera un ciment classe 35 à un ciment de classe 45, ou on utilisera un liant «routier» ayant reçu un agrément technique et compatible avec les adjuvants habituellement utilisés (entraîneur d air). IV.4.2 / Chaussées à trafic moyen : T3+ et T2 Béton de sable en fondation Les conditions d'utilisation sont celles exposées au paragraphe precedente pour les trafics T0 et T1. Dalle épaisse de béton de sable goujonnée ou armée, revêtue d'un béton bitumineux très mince (BBTM) On retiendra ici des bétons de sable de classe 2 ou 3 dosés entre 200 et 300 Kg/m 3 de ciment. D.E.A Sciences des materiaux 79

93 Etude bibliographique béton de sable 2007 A titre de référence, il convient de signaler à nouveau que, pour le dimensionnement des structures neuves relevant de la Direction des routes, seuls sont prévus comme béton de revêtement : o Pour le trafic T2, les bétons de classe supérieure ou égale à 4; o Pour le trafic T3+, les bétons de classe supérieure ou égale à 3. Le complément en éléments fins par rapport au ciment est ici utile pour améliorer les performances mécaniques du matériau. En général, on préférera différer la mise en œuvre de la couche de BBTM pour obtenir un bon accrochage. S'il n'est pas possible de différer l'application de la couche de roulement, un léger grenaillage sera réalisé afin d'éliminer le mortier fragile de surface et le produit de cure. Dalles minces goujonnées avec couche de béton traditionnel intégrée en surface Ce type d'utilisation nécessite des bétons de sable classe 4 ou 5 dosés en 300 et 350 kg/m 3 de ciment. Les éléments fins autres que le ciment, apportés par l incorporation d addition et/ou présents dans le(s) sable(s), sont ici nécessaires à l'amélioration du comportement mécanique, et aussi de la compacité. Les joints seront sciés tous les 3 à 4 m. Les 2 couches peuvent être mises en œuvre, soit simultanément, soit successivement. Dans les deux cas, l organisation de chantier doit être adaptée aux contraintes propres à la solution retenue. Les conditions de mise en œuvre devront notamment assurer l adhérence parfaite et durable de ces 2 couches. Béton de sable armé continu avec couche de béton traditionnel intégrée en surface Les conditions d'utilisation sont celles exposées au paragraphe précédent pour la structure à dalles minces goujonnées, sauf en ce qui concerne les joints : absence de joints transversaux, sauf éventuellement en fin de journée, maintien de joints longitudinaux entre voies ou de joints de construction. Béton de sable armé continu revêtu d'un BBTM Les conditions d'utilisation sont également celles exposées ci-dessus pour la structure à dalles minces goujonnées, sauf en ce qui concerne les joints. Le BBTM sera réalisé dans les mêmes conditions que pour la dalle épaisse. IV.4.3/ Chaussées à faible trafic: T6, T5, T4, T3 et pistes cyclables béton de sable en dalles épaisses D.E.A Sciences des materiaux 80

94 Etude bibliographique béton de sable 2007 On utilisera pour ces structures des bétons de sable, classe 2 ou 3 dosés entre 200 et 300 kg de ciment par m3 La résistance mécanique et la compacité seront ici aussi améliorées par un comportement en élément fins. Les joints seront sciés ou moulés tous les 3 à4m. Comme pour les bétons traditionnels, si la fiabilité du sable utilisé est inferieur à 20, la rugosité de surface sera obtenue par balayage Si la fiabilité supérieure à 20, il faudra prévoir en surface, soit un cloutage, soit un BBTM, soit un enduit. Dalles minces Elles seront réalisées avec des bétons de sable, classes 4 ou 5, dosés entre 300 et 370 Kg de ciment par m3 L apport complémentaire en éléments fins autres que le ciment est encore nécessaire ici pour améliorer la rhéologie et la compacité. Les joints seront sciés tous les 2,5 à 3,5 m. Le traitement de surface sera réalisé dans les mêmes conditions que pour la dalle épaisse. IV.4.4 / Dimensionnement des chaussées en béton de sable Méthode générale Cette méthode de dimensionnement combine l'utilisation d'un modèle de calcul théorique (modèle multi-couches de Burmister), la caractérisation en laboratoire du comportement en fatigue des différents matériaux (courbe de Wôhler), et les données pour le calage du modèle, issues d'observations sur le comportement de structures réelles ou expérimentales. La méthode française de dimensionnement des chaussées est exposées en détail dans la partie II, auquel il convient obligatoirement de se référer pour le calcul des structures utilisant le béton de sable : «Guide technique conception et dimensionnement des structures de chaussées, LCPC - SETRA, 1994». Coefficient de calage Cette étude a conduit à préconiser pour le béton de sable, une valeur du coefficient de calage k C différente de la valeur adoptée sur les bétons habituels : k c = 1,40 pour le béton de sable. Cette valeur différente du coefficient de calage (kc =1,50 pour les bétons de ciment habituels) constitue l'unique modification à appliquer aux règle de dimensionnement fixées pour le calcul des chaussées en béton de ciment classique par le guide technique LCPC-SETRA. D.E.A Sciences des materiaux 81

95 Etude bibliographique béton de sable 2007 IV.5 / Application dallages industriels Les dallages industriels seront réalisés conformément aux documents réglementaires et normatifs en vigueur. On pourra notamment se référer aux règles professionnelles «Travaux de Dallage» Les résistances caractéristiques minimales à 28 jours (20 MPa en compression et 1,9 MPa en traction-flexion) peuvent être atteintes avec des bétons de sable classes de résistances 3,4,5 et 6 selon la norme NFP Les bétons de sable préparés avec des superplastifiants ne pourront être utilisés qu'avec des pentes faibles. Les valeurs de retrait du béton de sable sont généralement plus importantes que celles du béton de Ciment classique. IV.6 / Application équipements de voirie éxtrudés De types d'équipement sont ici à envisager : o les structures horizontales dont la hauteur est inférieure ou égale à 0,25 m o les structures verticales dont la hauteur est supérieure à 0,25 m. Structures horizontales : bordures de trottoir, caniveaux en V évasé. On utilisera des bétons de sable de classes 4 ou 5, dosés entre 300 et 350 kg de ciment par m3. L'apport complémentaire d'éléments fins est utile pour améliorer la rhéologie et la compacité. L'utilisation d'un plastifiant réducteur d'eau est également recommandée. Des joints de retrait seront réalisés tous les 2 à 3m. Structures verticales : murets, séparateurs, caniveaux en U. Dans l'état actuel des connaissances, tous les bétons de sable ne peu vent pas convenir à la réalisation de ces structures. En particulier un évitera pour ces structures verticales les bétons de sable obtenus à partir de sables roulés. Des études spécifiques sont à faire pour obtenir des bétons de sable de classe 4-5 dosés entre 300 et 350 kg/m3, permettant d'assurer la stabilité en sortie de coffrage. Ceci pourra être obtenu par exemple par des ajouts (sable concassé, fibres) et/ou par un choix et une utilisation judicieuse d'adjuvants. IV.7 / Bétons de sable compactés pour chaussées Les structures de chaussée en béton compactes sont peu utilisées et limitées aux trafics inferieurs à la classe T1 D.E.A Sciences des materiaux 82

96 Etude bibliographique béton de sable 2007 Il est possible d envisager l emploi de béton de sable mis en œuvre par compactage. L étude de composition sera réalisée selon la méthode pratiquée pour les grâves traitées aux liants hydrauliques. Le dosage en liant, qui pourra être soit du ciment avec des cendres volantes, soit un liant routier, sera compris entre 250 et 330 kg/m 3. Lors de la fabrication, la teneur en eau devra être parfaitement maitrisé sinon la mise en œuvre deviendra très délicate voire impossible. Les bétons de sable compactés recevront en surface selon l importance du trafic soit un BB (Béton Bitumineux), soit un BBTM (béton bitumineux très mince), soit un enduit. Dans le cas d'un BB, un système anti-remontée de fissures devra être appliqué VI/ Ouvrages d art VI.1/ Destinations et exigences pour les bétons d'ouvrages d'art Les exigences demandées à un béton sont bien évidemment fonction de la nature d'ouvrage à laquelle il est destiné (fondation,apuis, tablier, equipement de tablier, perrés,ouvrage d art..). VI.2.1/ Fondations Ces parties d'ouvrage nécessitent davantage de qualités de maniabilité, d'homogénéité, voire de résistance aux eaux agressives, que de hautes résistances mécaniques, et le béton de sable peut avantageusement répondre à la demande. VI.2.2/ Appuis C est le domaine des bétons de masse, à bonnes performances mécaniques, et, sauf pénurie de gravillons ou nécessité impérieuse de pomper le béton, l'emploi du béton de sable est peu adapté. Toutefois, certaines prescriptions architecturales peuvent privilégier l'utilisation de béton de sable en parement : finesse du coffrage, rappel de teintes locales... VI.2.3/ Tabliers Toutes les contraintes correspondent au domaine des bétons de hautes et très hautes performances, en particuliers des performances mécaniques (résistances et module élastique), obtenues très tôt dans la vie du béton. En l état actuel des connaissances, les bétons de sable répondent mal à ce type d utilisation. VII/ Accessoire de voirie et reseaux divers IV.1/ Conduites d assainissement regards D.E.A Sciences des materiaux 83

97 Etude bibliographique béton de sable 2007 Le béton de sable trouve aisément sa place dans les secteurs diversifiés de la préfabrication. Son adéquation est notamment à signaler dans la fabrication de tuyaux, regards ou tous accessoires armés ou non armés, utilisés dans les canalisations étanches d assainissement à l écoulement libre destinées à l évacuation des eaux pluviales ou des eaux usées. IV.1.1/ Fabrication Conditions Les conditions pour obtenir un produit, répondant aux exigences des normes en vigueur varient peu de celles des préfabrications des éléments en béton classique. Néanmoins, certains écarts techniques même minimes (teneur en eau, mode de vibration...) peuvent être amplifiés dans le cas des bétons de sable. Si le moulage de conduites d'assainissement sur matériel industriel existant est sans difficulté, le procédé de fabrication en série de tuyaux en béton de sable exige, pour chaque type de diamètre (300, 800, 1 000) d'une part, une précision des réglages (fréquence et durée de la vibration, intensités de la centrifugation ou des compressions axiales) et d'autre part, le respect de la formule béton de sable et de son mouillage. Contraintes Pour parvenir à fabriquer un produit acceptable, il est nécessaire de mettre en œuvre un béton de sable dosé à 350 kg/m 3 de ciment (de préférence un ciment CPA HP) à E/C faible. L'emploi d'un adjuvant réducteur d'eau-plastifiant est, à ce titre, obligatoire. Si la teneur en fines du sable utilisé est insuffisante, l'incorporation de filler sera nécessaire pour améliorer la compacité. Si les produits sont destinés à être placés dans des environnements agressifs, la formule devra en tenir compte et être étudiée à ces fins (choix du ciment, apport de fumée de silice, adjuvantation...). IV.1.2/ Caractéristiques des produits Les conditions sont considérées satisfaisantes dès que les produits finis peuvent être caractérisés et classés selon les normes NF P et Les essais de contrôle portent sur les mesures dimensionnelles, les caractéristiques mécaniques et le degré d'étanchéité. Généralement, les mesures dimensionnelles sont bien respectées, quant à l'épaisseur de la paroi et à la longueur utile des tuyaux, qu'ils soient armés ou non armés. Les essais de résistance à la D.E.A Sciences des materiaux 84

98 Etude bibliographique béton de sable 2007 compression sur tuyaux ou regards conformes aux prescriptions des normes permettent de définir ces produits. CONCLUSION On a pu constater que le béton classique et le béton de sable relèvent de même technologie et présentent des propriétés générales très voisines, en particulier, du point de vue composition et caractéristiques. En outre, l utilisation du béton de sable peut recouvrir presque tous les domaines où s applique le béton classique. Seulement, la différence réside dans la proportion des constituants sur lesquelles jouent les performances. Ainsi, notre souci serait donc de trouver les proportions adéquates qui permettent d égaler les performances du béton classique selon les utilisations et qui feront à juste titre l objet de la partie suivante. D.E.A Sciences des materiaux 85

99 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Partie : II ETUDE EXPERIMENTALE - APPLICATIONS Partie : II ETUDE EXPERIMENTALE - APPLICATIONS D.E.A Sciences des materiaux

100 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 INTRODUCTION Le béton de sable prend aujourd'hui sa place dans ses familles. Comme on l a déjà vu dans la partie précédente, des caractéristiques spécifiques peuvent en faire un matériau recherché pour un usage donné. Pour pouvoir contribuer à l étude de béton de sable, plusieurs essais ont alors été procédés. La caractérisation des matières premières utilisées est une étape préliminaire avant d effectuer les essais. Pendant les essais on a suivi les indications dans le chapitre VI paragraphe 3. Seulement, on a utilisé un autre type d éprouvette pour contrôler les résistances, de dimension 4x4x16 cm, vu que le béton de sable est supposé de la même classe que le mortier et ceci par souci d économie de ciment. Les études expérimentales ont pour objectif d établir les meilleures méthodes de formulation et de tirer différents types de composition selon la résistance désirée. Nous verrons dans cette partie deux types d'approche : une approche théorique qui constitue une base de formulation de bétons de sable et une approche expérimentale basée sur la réalisation de gâchées successives. D.E.A Sciences des materiaux 86

101 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 CHAPITRE VIII / CHAPITRE VIII / DESCRIPTION DES METHODES DE CARACTERISATION ET D ESSAIS DESCRIPTION ET CARACTERISATION DES ESSAIS I / Methodes experimentales I.1/ Caracteristiques physiques I.1.1/ Teneur en eau naturelle Les matériaux sont placés dans une étuve à 105 C jusqu à l obtention d un poids constant. Soit P 0 le poids initial du matériau et soit P 1 son poids exempt de toute eau d adsorption, L expression de la teneur en eau W 1 est: W 1 [%] = 100( P 0 - P 1 ) [24] I.1.2/ Densités Masse volumique apparente : C est le poids de l unité de volume du matériau, vides entre les grains inclus. Sa détermination consiste à: o remplir un récipient taré de 1 litre avec le matériau versé en filet continu avec un entonnoir, o a raser ensuite la surface en évitant de tasser, o peser le tout. Masse volumique absolue : C est le poids d une quantité de matériau tel que le volume réellement occupé par la matière solide est égal à l unité. Sa détermination préconise l utilisation d un pycnomètre. densités Densité apparente est le rapport de la masse volumique apparente du matériau sur la masse volumique apparente de l eau : D.E.A Sciences des materiaux 87

102 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 d app = ; [25] l eau: Densité absolue c est la masse volumique absolue du matériau rapportée à celle de d abs = [26] I.1.3/ Granulométrie Les analyses granulométriques de nos échantillons ont été faites par la méthode classique du tamisage pour la fraction supérieure à 80, et par sédimentométrie pour la fraction inférieure à 80. I.3 / La méthode du tamisage consiste à faire passer une masse bien déterminée de matériau à travers une série normalisée de tamis de différents modules. Les refus sont pesés, on en déduit les tamisats. On trace la courbe représentant les tamisats cumulés. La sédimentométrie est une méthode qui consiste à mesurer la densité d une suspension de l échantillon après un temps t de sédimentation, et à calculer le diamètre et le pourcentage des grains à la profondeur de mesure. L ensemble de ces deux méthodes nous renseigne sur la distribution dimensionnelle des grains de nos échantillons en poudre et permet de tracer leur courbe granulométrique. I.1.4/ Equivalent de sable L essai d équivalence de sable est utilisé pour évaluer la propreté des sables entrant dans la composition du béton. La mesure, effectuée sur la fraction de granulat passant au tamis 5mm, rend compte globalement de la quantité et de la qualité des éléments fins contenus dans cette fraction. L essai est effectué avec 120g d échantillon. On lave cet échantillon par une solution lavante capable de floculer les éléments dins selon un processus normalisé et on laisse reposer le tout. Au bout de 20mn, on mesure les éléments suivants : La hauteur h 1 : sable propre + élément fins ; La hauteur h 2 : sable propre seulement ; On en déduit l équivalent de sable : ES(%)=100.h 1 /h 2 [27] On mesure h 2 de deux façons, soit visuellement, noté h 2, pour déterminer l équivalent de sable vue (ESV), soit avec un piston pour ES noté h 2 D.E.A Sciences des materiaux 88

103 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 I.1.5/ Surface spécifique La détermination de la surface spécifique de nos poudres a été faite par la méthode de Blaine. Surface spécifique de Blaine: La méthode nécessite l utilisation de l appareil de Blaine ou «Perméabilimètre de Blaine». Elle est basée sur le temps que met un volume d air constant, sous une pression et température bien déterminée, pour traverser une couche de matériau tassée dans des conditions bien définies. Ce temps est proportionnel à la surface développée par tous les grains de solides de l échantillon. I.1.6/ Retrait La mesure du retrait est effectuée sur des éprouvettes prismatiques 4 x 4 x 16 cm sur mortier normal (norme NF P ). Le retrait est limité à 0,8 mm/m ou 1mm/m selon le type de ciment. I.2/ Caracteristiques mecaniques Les propriété mécaniques sont évaluées à partir d essais de résistance en compression simple, sur mortier normal selon la norme NF E N 196-1, pour les ciment et sur le béton durci. Essai sur béton I.3.1/ Essai sur béton frais Malaxage du béton (Réf NF P ) Le malaxage consiste à mélanger les constituants du béton afin d obtenir une gâchée bien homogène. Il se fait de la manière suivante: on introduit tout d abord les constituants solides avec un ordre bien déterminé suivi d un malaxage à sec de l ordre de 1 minute, on ajoute ensuite l eau de gâchage et poursuivre le malaxage pendant 2 minutes. Essai d affaissement (Réf: NF P ) Cet essai consiste à estimer l ouvrabilité du béton en mesurant son affaissement au cône d Abrams. On introduit le béton dans le cône fixé sur une plaque en trois couches de même hauteur et on pique de 25 coups bien repartis à chaque couche. D.E.A Sciences des materiaux 89

104 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Après démoulage, on procède dans la minute à la lecture de l affaissement en descendant la barre horizontale de la potence coulissante jusqu au point le plus haut du béton affaissé. Confection et conservation des éprouvettes(réf: NF P ) La confection des éprouvettes consiste à mouler le béton frais et à procéder à sa mise en place. Le remplissage de la moule se fait en deux couches. Dans le cas d affaissement 9cm, on utilise une aiguille vibrante pour la mise en place. Le moule ayant été rempli de béton en une ou plusieurs couches, on descend l aiguille verticalement dans l axe de l éprouvette et la retirer lentement pendant les 5 dernières secondes. La durée de vibration à respecter est donnée par le tableau qui suit: Affaissement mesuré [cm] Tableau n 22 Temps de vibration pour la mise en place du béton Temps de vibration (second) Première couche Temps de vibration (second) Deuxième couche Dans le cas d un affaissement 10cm, la mise en place se fait par piquage. Chaque couche donne lieu à un piquage dans tout son épaisseur et en faisant légèrement pénétrer la pique dans la couche précédente. Le nombre de coup par couche étant de dix par centimètre carré de surface. On conserve les éprouvettes sans les déplacer pendant 24 heures ± une heure, on effectue ensuite le démoulage. On les met après à l eau (immersion complète) à 20 C. I.3.2/ Essai sur béton durcis Surfaçage des éprouvettes (Réf: NF P ) D.E.A Sciences des materiaux 90

105 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Le surfaçage des éprouvettes s effectue en déposant à leurs extrémités (faces de chargement)/une surface constituée de mélange de soufre et de matériau granuleux. Il s applique aux éprouvettes retirées de l eau une demi- heure avant. L épaisseur de la couche de surfaçage devant être comprise entre 2 et 4 mm. Essai de compression (Réf: NF P ) On procède à l exécution de l écrasement des éprouvettes 30 minutes après le surfaçage. On place l éprouvette à écraser, sur la machine de compression, bien centrée et la face d arasement vers le haut. On met la machine à la mise en charge continue à la vitesse moyenne de 0,5 Mpa par seconde et on exécute l écrasement. II / Caracteristiques des matières premières Chacun sait que la nature, la qualité et les caractéristiques des matériaux constituant la composition du béton ont une grande influence pour tous ses comportements. Elles jouent alors un rôle prépondérant dans notre étude, leur connaissance est donc vraiment nécessaire. II.1/ Sables Nous utilisons quatre variétés de sable durant nos essais : Sable de rivière type 1, Sable de rivière type 2, Sable de carrière, Sable de dunes. II.1.1/ Propriétés du sable de rivière 1 Densité apparente : 1,52 Densité absolue : 2,55 Equivalent de sable : 84 Dimension du tamis retenant 90% du granulat (d) : 0,1mm Dimension du tamis retenant 10% du granulat (D) : 4mm Module de finesse : 2,706 D.E.A Sciences des materiaux 91

106 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Resultat d analyse granulometrique : Tableau n 23 : résultat d analyse granulométrique du sable de rivière 1 SABLE DE RIVIERE 1 d (mm) Mod tamis Refus (%) Passant (%) 0, , ,1 10,9 0, ,5 23,5 0, ,2 46,8 1, ,4 66,6 2, ,4 81, Figure n 19 : Courbe d analyse granulométrique sable de rivière 1 II.1.2/ Propriétés du sable de rivière 2 Densité apparente : 1,44 Densité absolue : 2,62 Equivalent de sable : 78 Dimension du tamis retenant 90% du granulat (d) : 0,08mm D.E.A Sciences des materiaux 92

107 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Dimension du tamis retenant 10% du granulat (D) : 1mm Module de finesse : 1,719 Resultat d analyse granulometrique : Tableau n 24 : résultat d analyse granulométrique du sable de rivière 2 SABLE DE RIVIERE 2 d (mm) Mod tamis Refus (%) Passant (%) 0, ,2 6,8 0, ,3 19,7 0, ,4 40,6 0, ,2 67,8 1, Figure n 20 : Courbe d analyse granulométrique sable de rivière 2 II.1.3/ Propriétés du sable de carrière Densité apparente : 1,56 Densité absolue : 2,70 Equivalent de sable : 72 Dimension du tamis retenant 90% du granulat (d) : 0,08 Dimension du tamis retenant 10% du granulat (D) : 5 Module de finesse : 2,837 D.E.A Sciences des materiaux 93

108 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Resultat d analyse granulometrique : Tableau n 25 : résultat d analyse granulométrique du sable de carrière SABLE DE CARRIERE d (mm) Mod tamis Refus (%) Passant (%) 0, ,3 1,7 0, ,8 25,2 0, ,7 33,3 0, ,3 40,7 1, ,7 50,3 2, ,2 66, Figure n 21 : Courbe d analyse granulométrique sable de carrière II.1.4/ Propriétés du sable de dunes Densité apparente : 1,46 Densité absolue : 2,64 Equivalent de sable : 62 Dimension du tamis retenant 90% du granulat (d) : 0,15mm Dimension du tamis retenant 10% du granulat (D) : 1,25mm Module de finesse : 2,622 D.E.A Sciences des materiaux 94

109 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Resultat d analyse granulometrique : Tableau n 26 : résultat d analyse granulométrique du sable de dunes SABLE DE DUNES d (mm) Mod tamis Refus (%) Passant (%) 0, , ,7 1,3 0, ,4 13,6 0, ,2 24,8 1, ,9 98,1 2, Figure n 22 : Courbe d analyse granulométrique sable de dunes II.2/ Ciments D.E.A Sciences des materiaux 95

110 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Nous utilisons deux types de ciment de la société HOLCIM : - Un ciment Portland CEM I 42,5 N - Un ciment Portland composé CEM II / A 42,5N Les caractéristiques sont données da ns le tableau suivante : Tableau n 27 : Caracteristiques des ciments utilisés Types CEM I 42,5N CEM II /A 42,5N F CE (MPa) 59,8 58,4 Densité apparente 1,03 1,01 Densité absolue 3,11 3,06 Finesse de blaine (cm²/g) II.3/ Eau Les caractéristiques de l eau de la JIRAMA sont données par le tableau qui suit: Tableau n 28 : Caracteristique de l eau Constituants Caracteristiques Insolubles (%) 0 Matières dissoutes (%) 0,0034 à 0,005 Carbonates +bicarbonates 0,0028 alcalins (%) Sulfates en SO 3 (%) 0 Sulfites en S (%) 0 Sucres (%) 0 P 2 O 5 (%) 0 NO 3 0 Zinc (%) 0 Acidité en ph 7,2 à 8,5 Acidité humique Aucune coloration brunâtre Chlorures (mg/l) 3,55 à 8,87 Ions-soufre (%) 0 D.E.A Sciences des materiaux 96

111 Etude experimentale - Applications sable II.4/ Les fillers béton de 2007 On utilise le cipolin broyé comme filler calcaire (FC Cipolin) et la cendre de balle de riz comme filler siliceux (FS CBR); le tableau suivant nous montre leurs natures et leurs caracteristiques. Tableau n 29 : Caracteristiques des fines d ajout Materiaux Fillers Type FC Cipolin FS CBR Densité apparente 0,94 0,52 Densité absolue 2,85 2,70 Finesse de blaine (cm²/g) pureté 91% CaCO 3 86,50% SiO 2 Activité cristalisé Amorphe II.5/ Adjuvants D apres les fiches techniques des adjuvants utilisés, les caracteristiques sont recueillies dans le tableau dans le tableau ci-dessous : Tableau n 30 : Caracteristiques des adjuvants Adjuvant Denomination Pozzolith 390 N Certification NF Action Plastifiant-reducteur d eau Nature Liquide Densité 1,210 Couleur Brun fonce ph 11,5 Point de congélation -2 C Teneur en chlorure 1 g/l dosage 1% du poids du ciment D.E.A Sciences des materiaux 97

112 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 CHAPITRE IX / METHODES DE FORMULATION DES METHODES DE FORMULATION DES BÉTONS DE SABLE BÉTONS DE SABLE CHAPITRE IX / Introduction Formuler un béton, c'est trouver les proportions des différents constituants permettant de satisfaire à un cahier des charges, répondant, à des critères techniques et économiques, à partir de materiaux donnés. Nous présentons deux types d'approche : une approche théorique qui constitue une base de formulation de bétons de sable et une approche expérimentale basée sur la réalisation de gâchées successives. I/ Approche théorique de la formulation des bétons de sable I.1/ La compacité et les méthodes de formulations des bétons Formuler un béton ordinaire consiste à optimiser le squelette granulaire, par un choix judicieux de la proportion de sables et de gravillons, puis à combler la porosité de cet empilement avec la pâte pour obtenir l'ouvrabilité désirée, cette pâte étant elle-même déterminée avec un rapport eau/ciment pour viser une résistance, une maniabilité et une durabilité données. Le problème de la formulation d'un béton se pose alors en terme d'optimisation de la compacité du squelette granulaire. Cette compacité est définie comme le rapport du volume développé par les constituants solides sur le volume total et correspond au complément à l'unité de la porosité. Caquot a pu établir, à partir de résultats experimentaux, une relation mathématique entre le volume des vides (v) d'un mélange granulaire et son étendue granulaire (d/d) : [28] Avec constante expérimentale. D.E.A Sciences des materiaux 98

113 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Cette formule sous-entend que le mélange défini par son étendue granulaire est optimisé, c'est-à-dire que la répartition des grains à l'intérieur de cette étendue granulaire est telle que le mélange présente une porosité minimale. Elle est à la base de nombreuses méthodes de formulation des bétons qui consistent généralement à définir une courbe granulaire de référence. Nous citerons pour exemple les méthodes de Bolomey, Faury, Dreux. L étude granulaire d/d selon Caquot est telle que D correspond à la dimension du tamis retenant 10 % du granulat et d à la dimension du tamis retenant 90% du granulat. La constante expérimentale prend alors une valeur de l'ordre de 0,5. En définissant l'étendue granulaire par les dimensions extrêmes du granulat, des valeurs de l'ordre de 0,7 à 0,8 pour la constante expérimentale permettent également d'obtenir une bonne estimation de la porosité du mélange granulaire. Dans le cas des bétons de sable, les constituants solides sont le sable, une fine d'addition et le ciment. La fine d'addition (filler, cendres volantes...) étant de dimensions voisines de celles du ciment, l'application directe des méthodes de formulations adaptées aux bétons ordinaires conduit généralement à des estimations du dosage des constituants aberrantes. Il faut donc adapter la démarche de formulation pour ces bétons en repartant de la base, principalement à partir de la formule de Caquot [28]. I.2/ Estimation du dosage en fines d'un béton de sable Dans un premier temps, il convient d'optimiser la compacité des constituants solides du béton de sable. Pour ce faire, ces constituants sont séparés en deux fractions, les fines regroupant l'ensemble des grains de tailles inférieures à 80 et le sable couvrant l'étendue granulaire 80 /D (D étant défini ici comme le diamètre maximal du sable). Les fines sont alors constituées du ciment, de la fine d'addition et de la fraction du sable inférieure à 80. Si la fine d'addition comporte des grains de taille supérieure à 80. Cette fraction se retrouve intégrée au sable. Considérant l'étendue granulaire du sable, il est alors admis qu'il présente une porosité (ps) définie par la formule de Caquot, soit : [29] D.E.A Sciences des materiaux 99

114 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Le dosage volumique optimal en fines cherchera à combler cette porosité afin d optimiser la compacité de l ensemble. Il est en fait impossible de prendre en compte la distribution de la taille des particules pour ces fines, l'assemblage géométrique relevant surtout de forces électriques inter granulaires. Moyennant quelques hypothèses simplificatrices, en désignant par [fines] le volume de l'ensemble des particules inférieures à 80 et [v] le volume de vide associé à l'empilement du sable. Caquot a obtenu le résultat suivant: [fines] = [v] [30] Ainsi, le dosage volumique optimal en fines s'écrit, en combinant [28] et [30] [fines] = 0,38 (% volumique) Pour notre étude nous prendrons les diamètre limites du sable ds et D dans la formule soit : [fines] = 0,38 (% volumique) [31] Il est clair que la constante 0,38 n'a pas ici de caractère absolu mais relatif, une précision de ± 10 % étant tout à fait raisonnable. Cette formule montre que le dosage en fines dépend surtout de la dimension du plus gros granulat D. Il apparaît clairement que plus le diamètre D diminue, plus le dosage en fines augmente et devient rapidement excessif en terme de ciment seul; il faut nécessairement avoir recours a l'utilisation de fines de remplissage type fillers (Fig.dessous). D.E.A Sciences des materiaux 100

115 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Figure n 23 : Iinfluence du diamètre D du sable sur le dosage en fines I.3/ Porosité et dosage en eau d un béton de sable Le squelette granulaire, y compris les fines étant optimisé, il présente toujours une certaine porosité. Dans des conditions de mise en œuvre données, cette compacité, conduisant à une porosité minimale, ne sera atteinte que si la consistance le permet. En admettant que la porosité du squelette granulaire se décompose en la somme d un volume d eau (e) et d un volume de vides piégés (v), la porosité minimale théorique du béton est donnée par la relation suivante, issu une nouvelle fois des travaux sur la compacité de Caquot [32] Avec d min /D l étendue granulaire y compris les fines Le calcul de la porosité minimale requiert la valeur de d min, borne inférieur de l'étendue granulaire. L'estimation de cette valeur est délicate, compte tenu des effets de floculation dans l'eau qui peuvent se produire, à l'échelle des fines particules. Ainsi, dans le cas de mélange totalement défloculés le d min peut être défini comme la moyenne harmonique de la dimension des grains du constituant le plus fin. Connaissant alors la surface spécifique f (finesse Blaine par exemple en cm 2 /g) de ce constituant et sa masse volumique absolue (exprimée en g/cm 3 ), il est facile de montrer que le diamètre moyen des grains, assimilés à des sphères, est donné par la formule suivante : D.E.A Sciences des materiaux 101

116 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Si on a n grains de diamètre d min de surface Su et de volume Vu f= S=nSu=n m = [33] Cette première définition de d min n'est valable que dans le cas de mélanges totalement défloculés, c'est-à-dire que chaque particule élémentaire agit indépendamment des autres. Dans la pratique, cette défloculation ne peut être obtenue que par le recours à des agents défloculants, classiquement des adjuvants plastifiants ou fluidifiants. Cette définition de d min ne peut pas être retenue pour les mélanges floculés, la dimension moyenne des flocs étant alors la limite inférieure de l'étendue granulaire. Il devient dans ce cas impossible de fixer une valeur précise, la dimension des flocs relevant de considérations physico-chimiques très complexes. Un ordre de grandeur peut être avancé de l'ordre de 20 à 25 pour le diamètre. Ainsi, il est clair que la défloculation, par l'élargissement de l'étendue granulaire, est le seul recours pour la réduction de la porosité minimale théorique (Fig. ci-dessous ). Figure n 24 Influence de la dimension d sur la porosité minimale du béton pour deux tailles D du sable Figure n 25 Rélation entre ouvrabilité et le dosage (e+v) d une matrice pour une mise en œuvre donnée En pratique, il n'est pas toujours souhaitable de produire des bétons ayant la stricte quantité d'eau correspondant à la porosité minimale pour des raisons d'ouvrabilité. Par suite, D.E.A Sciences des materiaux 102

117 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 conformément à la figure 25 pour des quantités d'eau inférieures à la quantité d'eau permettant d'obtenir l'ouvrabilité optimale (ouv. opt), le mélange piégera une forte quantité d'air, quels que soient les moyens de serrage utilisés, il présentera finalement une porosité (e + v) supérieure à (e + v) Min. Par contre, si l on augmente la quantité d eau à partir de la valeur conduisant à (e + v) Min.la quantité d air piégé sera stable et l ouvrabilité augmentera de façon lineaire. Il est donc fondamental de bien estimer la quantité d eau nécessaire pour atteindre l optimum de compacité du béton. Par suite, par sécurité, il sera préferable de mettre en œuvre un dosage en eau légèrement supérieur au dosage théorique obtenu au minimum de porosité [32] Finalement pour estimer le dosage en eau, il faut préalablement évaluer la quantité d'air piégée. Dans le cas des bétons de sables, cette quantité est légèrement supérieure à ce qu'elle est dans les bétons ordinaires. Un ordre de grandeur peut être obtenu par la formule suivante, qui conduit a des teneurs en air de l'ordre de 3 à 5 %. [vides]=k [eau] (L/m 3 ) [34] avec k compris entre 0,2 et 0,25. Dans une démarche de formulation, le dosage en eau conditionne de façon majeure l'ouvrabilité du béton, en couplage bien sûr avec la présence ou non d'adjuvants rhéologiques. I.4/ Estimation du dosage en sable Il suffit de compléter au mètre cube la somme des dosages des constituants fines, eau et vides. Nous avons alors tout simplement : [sable]= [fines] - [eau+adj] - [vides] (l/m 3 ) (en volume absolue) [35] I.5/ Mesure de la résistance en compression La recherche d'une compacité optimale a permis de fixer les dosages des différents constituants : fines (particules <80 ), eau et sable. Il faut maintenant se pencher sur l'évaluation de la résistance en compression d'un tel mélange. Cette estimation se fait par référence aux méthodes classiques adoptées pour les matrices cimentaires qui consistent à partitionner la contribution du squelette granulaire, de la nature du liant et des dosages des constituants de la pâte. Dans le cas des bétons formulés avec une fine potentiellement réactive, une généralisation de la formule de Feret a été proposée récemment [36]: D.E.A Sciences des materiaux 103

118 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 [36] K F : coefficient granulaire(ordre de grandeur 4.5 à 5) F CE : classe vraie du ciment (MPa) e: dosage en eau totale (l/m 3 ) V : air piégé (l/m 3 ) C : dosage en ciment (kg/m 3 ) R C28 : résistance du béton à 28 jours (MPa) K 1 : coefficient pouzzolanique K 2 : coefficient d'activité du filler calcaire [37] [38] coefficient d'équivalence en ciment des différentes additions en fines CV, FS, FIL : dosage en cendres volantes, fumée de silice et filler calcaire (kg/m 3 ). Cette formule permet de prendre en compte l'activité pouzzolanique des additions telles que les cendres volantes ou les fumées de silice et l activité des fillers calcaires au niveau des résistances en compression. En fait, quoique très simple, cette formule ne peut être utilisée que par une identification précise de l'activité des additions par le biais des coefficients. Les valeurs données pour les différents coefficients d'activité ont ici un caractère essentiellement indicatif. D'autre additions peuvent être également utilisées telles que les fillers siliceux, généralement considérés inertes et les fillers de laitier qui peuvent présenter un caractère hydraulique, non pris en compte dans la formule précédente. D'ores et déjà intéressant de noter que l'activité du filler calcaire, quand elle peut exister potentiellement (en couplage avec le Ciment) présente un optimum au delà duquel, la D.E.A Sciences des materiaux 104

119 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 contribution de l'activité filler ne participe plus aux développements de performances mécaniques. Figure n 26 : Coefficient d activité du filler calcaire (modèle) Dans notre cas, nous regroupons les coefficients K 1 et K 2, de la formule de Feret en un seul coefficient K. Ce coefficient caracterisera l apport de la fine d addition sur la résistance, tant au niveau d un éventuel caaractére pouzzolanique que par l amélioration de la compacité. La réalisation de la gaché pour chaque composition et la mésure de la résistance permet de dresser un abaque K- rapport Filler/ciment, pour chaque type de sable utilisé et pour un filler donné. Pour chaque composition on aura : 1 [39] étant la masse volumique absolue du ciment (en MPa ) [40] Ces abaques permettront, pour une résista nce imposée, en choisissant un rapport Filler/Ciment, d évaluer le dosage en ciment C (en passant par K). On peut en suite détérminer le dosage des autre constituants. Dans le cas des bétons de sable, le dosage total en fines a pu être estimé en terme de compacité et est donc imposé vis-à-vis de la résistance. Ces fines regroupent principalement D.E.A Sciences des materiaux 105

120 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 le ciment, l'addition (filler calcaire, cendres volantes,...) et la faction du sable inférieur à 80, souvent mineure pour les sables traditionnels. Ainsi, l'optimum de résistance serait atteint pour des dosages en ciment et en addition, solutions du système suivant: ciment + addition = [fines] [41] addition/ciment = optimum d'activité L application des concepts précédents aux bétons de sable n'est toutefois pas instantanée. Il est sous-entendu dans la formule de Feret précédente que la formulation du béton est basée sur l'utilisation d'un ciment au clinker pur, type CEM I. L'utilisation d'un ciment composé type CEM II peut introduire un conflit dans la gestion des additions par cette formule, nécessitant alors une partition de la phase clinker et de la phase addition de ces ciments; ceci requiert alors de connaître la composition exacte du ciment. Dans le cas particulier d'un ciment composé type CEM II A avec des ajouts en proportion de 15%, cette partition revient à inclure dans les fillers calcaires d'addition les 15% de fillers provenant du ciment composé, et à considérer un ciment CEM I équivalent réduit à 85% du ciment composé et ayant une classe vraie équivalente majorée d'environ 18% par rapport à la classe vraie du ciment composé. II/ Méthode expérimentale de formulation II.1/ Présentation générale de la méthode expérimentale La méthode expérimentale doit permettre de formuler un béton de sable mais son objet n'est pas d'expliquer ou de formaliser les phénomènes qui entrent en jeu dans la formulation des bétons. Plusieurs méthodes existent, elles peuvent différer en fonction des approches théoriques et des habitudes de travail. Toutefois, l'objectif reste le même : formuler un béton qui soit le plus compact possible en accord avec les autres caractéristiques recherchées (pompabilité, faculté de moulage, aptitude à la projection...). Nous travaillerons au dosage en ciment faible de manière à mieux répondre aux prescriptions contractuelles ou normalisées qui imposent bien souvent un dosage minimum. Différentes formulations de bétons de sable ont déjà été réalisées par cette méthode : bétons de pieux, bétons routiers, bétons de projection, etc. et ont donné toute satisfaction. D.E.A Sciences des materiaux 106

121 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 II.1.1/ Constituants des bétons de sable Préalablement à toute étude de formulation, il est nécessaire d'identifier les constituants avec lesquels le béton doit être formulé : Ciment : nature, classe... Sable : granulométrie, propreté... Fines d'addition : nature minéralogique, éléments sur la taille des grains (finesse)... Eau : conforme à la norme; Adjuvant : fiche technique du fabricant. II.1.2/ Les différentes étapes de la formulation Détermination d'une formule de base sans fines d'addition : o Choix de la teneur en ciment; o Fixation d'une teneur en eau; o Détermination d'un dosage en sable; o Réglage de la maniabilité et du rendement. Determination du dosage en fines d'addition Adaptation de la maniabilité à la mise en œuvre Contrôle des résistances Corrections éventuelles II.2/ Conduite pratique de la méthode expérimentale II.2.1/ Détermination d'une formule de base sans fines d addition Dans cette partie de la méthode, nous chercherons à détérminer la formule de un mètre cube, constituée de ciment, d'eau, de sable et des adjuvants, ayant une maniabilité de 7 à 10s au maniabilimètre LCL D.E.A Sciences des materiaux 107

122 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Dosage en ciment Les prescriptions contractuelles ou normatives imposent très souvent un dosage minimum en ciment par mètre cube de béton, en fonction des parties d'ouvrage ou bien de l'agressivité du milieu. Nous avons donc choisi de travailler à partir d'un dosage faible en ciment fixé qui ne variera pas tout au long de l'étude. Nous le noterons C (kg/m 3 ). Dosage en eau A ce stade de la méthode, une valeur approximative du dosage en eau E (L/m 3 ), suffit. Pour estimer ce dosage, les praticiens s appuient sur l'expérience. (À titre indicatif, on peut prendre 220 L d'eau pour 350kg ciment, 250 L d'eau pour 400 kg de ciment). Faute d'expérience, on peut utiliser les étapes 2 et 3 de la méthode théorique de formulation. Celles-ci permettent d'évaluer le dosage en eau en fonction de la porosité du squelette granulaire. [42] avec : : compris entre 0,1 et 0,15; d min : est la borne inférieure de la phase solide du béton (mm); D : est la borne supérieure de l'étendue granulaire du sable (mm), - Soit le mélange est défloculé par l utilisation d un adjuvant alors : [43] avec f : la finesse Blaine du ciment (cm²/g); la masse volumique du ciment (g/cm 3 ). - Soit le mélange n'est pas défloculé, alors il faut prendre pour d min une estimation de la dimension des flocs, entre 0,020 et 0,025 mm. Cette estimation du dosage sera ajustée, par la suite, de manière à obtenir une formule de base sans fines ayant une maniabilité comprise entre 7s et 10s. D.E.A Sciences des materiaux 108

123 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Détermination du dosage en sable Dans cette formule, on peut introduire un fluidifiant réducteur d eau, en dosage normal préconisé par le fabricant, qui permettra de défloculer les fines. D autre part, un béton contient toujours un volume d'air, V air. La teneur en air des bétons est de l'ordre de 3% en volume, cette valeur est supérieure pour le béton de sable. Les quantités de ciment, d'eau, d'adjuvant, d'air sont connues, nous devons donc compléter la formule par du sable de manière à obtenir un mètre cube de béton ce qui donne la relation suivante. v c + v E + v adj + v air + V sable = [43] (Les volumes sont exprimés en litres) - soit à partir des masses de chacuns des constituants : =1000 [44] Masse du sable= Ce qui donne une masse de sable S (kg/m 3 ). La somme des masses de chacun des constituants : ciment (C), eau (E), adjuvant (CxN %), sable (S) donne la masse volumique apparente théorique de la formule en supposant que le volume total occupé par ces constituants, y compris le volume d'air, soit égal à un mètre cube. Réglage de la maniabilité et du rendement de la formule et : Nous allons réaliser une gâchée à partir de la loi nulle que nous venons de déterminer (norme NF P ) ; mesurer son temps d'écoulement t au maniabilimètre à mortier D.E.A Sciences des materiaux 109

124 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 déterminer la masse volumique apparente réelle du béton. Rappel : L'objectif est d'obtenir une formule de cube c est à dire faire tendre la masse volumique apparente théorique vers la masse volumique apparente réelle et un temps d'écoulement de 7 â 10s. La formule de béton doit alors être corrigée à l'aide de l'équation suivante :.du sable [45] Si le temps d'écoulement est supérieur à 10 s, il faudra rajouter un volume V d'eau de manière à rendre le béton plus maniable (-V dans l'équation). (remplacer l eau par du sable du volume égale) Après chaque correction, la ; devra être comparée à la, En ajustant le dosage en eau et en sable conformément à ce principe, le dosage E devient définitif. Le temps d'écoulement est alors compris entre 7 et 10 s, et la formule «fait le mètre cube». II.2.2/ Détermination du dosage en fines d'addition II faut maintenant introduire dans la formule les fines d'addition et en définir le dosage optimal, à rapport E/C constant. Pour cela, il est nécessaire de réaliser des gâchées de béton de sable avec 5 à 6 dosages en fines dans la plage d'emploi usuelle de ces fines. Dans la formule précédente, l incorporation des fines doit permèttre d augmenter la compacité du béton, en remplissant les vides. en théorie, il y a trois cas possibles : Les fines remplissent les vides sans changement de volume ( ); L addition de fines s'accompagne d'une augmentation de volume ( ); L'addition de fines s'accompagne d'une diminution de volume ( ); Le premier cas est l'objectif que l'on cherche a atteindre le troisième cas, lui, est peu probable. Pour chaque gâchée, on détermine la maniabilité ainsi que la masse volumique apparente réelle que l'on compare à la masse volumique apparente théorique ; de la formule. Si besoin de la correction sur le sable s effectue à l aide de la formule suivante : [46] jusqu'à obtenir l'égalité entre les masses volumiques. D.E.A Sciences des materiaux 110

125 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Connaissant les maniabilités et les masses volumiques pour chaque dosage en fines d'addition, on trace les courbes correspondantes. L'optimum de ces courbes définit le dosage en fines d'addition F et en sable S. La formule obtenue est la plus compacte et la plus maniable. Toutefois, pour des raisons économiques ou lorsque l'ajout des fines n'améliore que très peu les caractéristiques, le dosage en fines peut être pris avant ou aprés l'optimum. II.2.3/ Adaptation de la maniabilité à la mise en œuvre Une bonne mise en œuvre du béton de sable nécessite une consistance de béton adaptée aux moyens utilisés sur chantier. La maniabilité sera réglée en faisant varier la quantité d'adjuvant conformément à la notice technique de ce produit. II.2.4/ Resistance On effectue des essais mécaniques. Les résistances peuvent être modifié en augmentant ou en réduisant le dosage en eau et/ou en adjuvant pour un dosage en ciment donné. Si les résistances obtenues ne correspondent pas aux résistances souhaitées, il est possible de refaire une étude à partir d'un dosage en ciment différent. D.E.A Sciences des materiaux 111

126 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 CHAPITRE X / CHAPITRE X / SABLE ESSAI DE FABRICATION DE BETON ESSAI DE SABLE DE FABRICATION DE BETON DE I / Par la méthode théorique de formulation Nous allons envisager la fabrication de différents bétons de sable selon la méthode exposée dans le chapitre précédent en prenant l'exemple des quatre types de sables : sable de rivière 1, sable de rivière 2, sable de carrière, et sable de dunes et des deux fillers : fillers calcaire et fillers siliceux et de l adjuvant plastifiant-reducteu d eau. Catégorisés selon les cas suivants, plusieurs essais ont été effectués tout en modifiant successivement le dosage en ciment, mais en maintenant constante la compacité (V sable +V ciment +V Filler = constante ). Cas 1 : Sable de rivière 1 + calcaire Cas 2 : Sable de rivière 1 + calcaire + adjuvant Cas 3: Sable de rivière 1 + siliceux Cas 4 : Sable de rivière 1 + siliceux + adjuvant Cas 5 : Sable de rivière 2 + calcaire Cas 6 : Sable de rivière 2 + calcaire + adjuvant Cas 7 : Sable de rivière 2 + siliceux Cas 8: Sable de rivière 2 + siliceux + adjuvant Cas 9 : Sable de carrière + calcaire Cas 10 : Sable de carrière + calcaire + adjuvant Cas 11: Sable de carrière + siliceux Cas 12 : Sable de carrière + siliceux + adjuvant Cas 13: Sable de dunes + calcaire D.E.A Sciences des materiaux 112

127 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Cas 14: Sable de dunes + calcaire + adjuvant Cas 15 : Sable de dunes + siliceux Cas 16 : Sable de dunes + siliceux + adjuvant Pour faire la formulation théorique du béton de sable, selon les formules citées dans le chapitre IX, les étapes de calculs sont données par le schéma suivant. D.E.A Sciences des materiaux 113

128 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 I.1/ methode Caractéristiques du sable (D,d, d abs, W) Caractéristiques du ciment( d abs C FCE) Organigramme de la de calcul théorique [Fine]=0,38(ds/D) 1/5 [Fine]=[ciment]+[filler] Défloculation des fines Fines non défloculées d min =60/( f. ) [eau+vide]=0,8(d min /D) 1/5 [vide]=k[eau] [sable]=1000-[fine]-[eau]-[vide] Proportion Filler/Ciment Composition du béton Exécution de la gaché Mesure éxperimentale de RC28 K = Figure n 27 : Etape de calcul de la formulation du béton de sable D.E.A Sciences des materiaux 114

129 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 I.2/ Présentation du programme de calcul Du point de vue pratique, un petit programme a été mis au point pour automatiser, accélérer et faciliter les calculs et la lecture des abaques. Ce programme consiste à poursuivre les étapes suivantes: o Saisie des données o Saisie des données o Choix de l action à effectuer o Présentation des résultats Figure n 28 : Caractérisation des matériaux utilisés D.E.A Sciences des materiaux 115

130 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Figure n 29 : Saisie des résultats expérimentaux Une fenêtre contenant une table permet aux utilisateurs de saisir les résistances mesurées expérimentalement en vue de créer un nouvel abaque. Ces données peuvent être sauvées et réutilisées ultérieurement. L application lancée, une fenêtre permettant la saisie des données s affiche. Ces données à remplir sont classées dans les rubriques «Sable», «Ciment», «Filler», «Adjuvant» et «Eau». Ayant défini les données sur les caractéristiques des matériaux à utiliser, on est invité à choisir l action à exécuter (figure suivante) : Evaluer les résistances R C28 obtenues Déterminer la ou les compositions du béton de sable à partir d une résistance voulue D.E.A Sciences des materiaux 116

131 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Figure n 30 : Choix de l action à effectuer Après avoir fait le choix, on a accès aux résultats. Le résultat relatif à l évaluation des résistances Rc est présenté sous forme tabulaire. On y trouve les différents constituants selon le dosage appliqué. Si la case «dosage» dans la rubrique ciment n est pas remplie, comme montre le cas de la figure ci-dessous, une série de résultats est obtenue, commençant par la valeur Ciment=200kg et incrémentée à raison de 50kg. Figure n 31 : Presentation des résultats sous forme tabulaire Quant à la détermination des compositions du béton de sable, une case permet la saisie de la valeur Rc28 dont les valeurs limites sont déjà suggérées pour que des résultats admissibles s affichent. Un ou plusieurs types de composition peuvent être obtenus selon le cas. Le béton «retour» ramène à la fenêtre de la saisie des données. D.E.A Sciences des materiaux 117

132 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Figure n 32 : Détermination des composition à partir du R C28 Les résultats obtenus peuvent être visualisés sous forme de graphique en appuyant sur le bouton «Graphique». Les variables d entrées utilisées se trouvent à gauche de la fenêtre et peuvent être modifiées. On peut voir ainsi la relation entre n importe quels autres variables inclues dans les boites à liste déroulante. L échelle par défaut est ajustée automatiquement en laissant voir l ensemble du graphique. Il est possible d agrandir, de réduire et déplacer ce dernier en utilisant la souris ou l outil zoom à gauche. Figure n 33 : Représentation graphique des résultats D.E.A Sciences des materiaux 118

133 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 I.3/ Exemples de fabrication avec le sable de rivière 1 Cas 1 :ESR1C4(Essai Sable de Rivière 1, filler Calcaire n 9) Matériaux : o Ciment CEM I 42,5 N, avec un dosage 200 kg/m 3 classe vraie F CE =59,8 MPa o Sable de rivière 1, avec D= 4mm et d= 0,1mm ; densité :2,55 o Filler calcaire o Sans adjuvant La formule [31] nous permet d estimer la quantité totale en fines soit : [fines] =1000x 0,38(0,1/4) 0,2 = 181,71 L/m 3 Or [fines] = [filler] + [ciment] Donc, le dosage en ciment C maximale qu on peut utiliser est : C max = 181,71 x 3,11=565,11kg/m 3 Prénons C= 200 kg/ m 3 D où la quantité du filler utilisé est : [filler] = 181,71- (200/3,11) = 117,40 L/m 3 Filler = 117,4. 2,85 = 334,60 kg/m 3 Ce qui correspond à un rapport en masse filler/ciment =334,60/200= 1,67. La formule [32] nous donne la porosité du béton. Dans ce cas, le mélange n'est pas défloculé, nous adoptons, ainsi, pour d la valeur de 0,020 mm, soit : D apres la formule [32] : [eau+vides] = O,8x(0,02/4) 0,2 x1000= 277,25 L/m 3 Qui se décompose en prenant k = 0,2 dans la formule [34] [eau] = 277,25 /1,2 = 231 L/ m 3 ; ce qui donne un volume des vides [vides] = 277, = 46,25 L/m 3 soit 4,6% Finalement, le dosage en sable, selon la formule [35], est [Sable] = ,71-277,25 = 541,04 L/m 3, soit avec une densité de 2,55, correspondant à un dosage en masse de 1379,6 kg/m ,27Kg/m 3 Nous avons la composition pour obtenir 1m 3 de béton : C [kg] S[kg] Fil calcaire [kg] Eau [L] ,6 334,6 231 D.E.A Sciences des materiaux 119

134 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Après 28 jours des essais de rupture en compression nous permettent d avoir la résistance à la compression : R C28 =18,60MPa (valeur moyenne prise avec 3 éprouvettes) Ce qui nous donne la valeur du coefficient K affecté au filler pour le rapport Fil/C=1,67 correspondant ; Cas 2 :ESR1CA4(Essai Sable de Rivière 1, filler Calcaire Adjuvanté n 9) Matériaux : o Ciment CEM I 42,5 N, avec un dosage 200 kg/m3 o Sable de rivière 1, avec D= 4mm et d= 0,1mm ; densité :2,55 o Filler calcaire o Avec adjuvant dosé à 1% du poids de ciment Nous reprénons le cas de formulation précédent avec une seule différence : la défloculation des fines par le biais d'un adjuvant. [fines] =1000x 0,38(0,1/4) 0,2 = 181,71 L/m 3 Or [fines] = [filler] + [ciment] Donc, le dosage en ciment C maximale qu on peut utiliser est : C max = 181,71 x 3,11=565,11kg/m 3 Prénons C= 200 kg/ m 3 D où la quantité du filler utilisé est : [filler] = 181,71- (200/3,11) = 117,40 L/m 3 Filler = 117,40. 2,85 = 334,59 kg/m 3 Ce qui correspond à un rapport en masse filler/ciment =334,60/200= 1,67. Avec un mélange défloculé, nous estimons la taille des plus petites particules à l aide de la formule [33], pour une finesse Blaine moyenne de 3 432cm²/g pour filler calcaire: d= 60/(2,85 x 3432) = 0,0061mm D apres la formule [28] : [eau+vides] = O,8x(0,0061/4) 0,2 x1000= 218,64 L/m 3 Qui se décompose en prenant k = 0,2 dans la formule [34] D.E.A Sciences des materiaux 120

135 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 [eau] = 218,64 /1,2-2/1,21 = 182,2-1,65=180,55 L/ m 3 ; ce qui donne un volume des vides [vides] = 218,64 182,2 = 36,44 L/m 3 soit 3,6% Finalement, le dosage en sable, selon la formule [35], est [Sable] = ,71 218,64 = 599,65 L/m 3, soit avec une densité de 2,55 correspondant à un dosage en masse de 1529,1 kg/m ,1+334, ,55+2 = 2246,27Kg/m 3 Nous avons la composition pour obtenir 1m 3 de béton : C [kg] S[kg] Fil calcaire [kg] Eau [L] ,27 334,6 180,5 Après 28 jours des essais de rupture en compression nous permettent d avoir la résistance à la compression : R C28 =26,70 MPa (valeur moyenne prise avec 3 éprouvettes) Ce qui nous donne la valeur du coefficient K affecté au filler pour le rapport Fil/C=1,67 correspondant ; Cas 3 : ESR1S4(Essai Sable de Rivière 1, filler siliceux n 9) Matériaux : Cas du béton de sable fabriqué avec : o Ciment CEM I 42,5 N; avec un dosage 200 kg/m3 o Sable de rivière 1 avec D= 4mm et d= 0,1mm ; densité : 2,55 o Filler siliceux Même procedure que pour le filler calcaire ; La formule [31] nous permet d estimer la quantité totale en fines soit : [fines] =1000x 0,38(0,1/4) 0,2 = 181,71 L/m 3 Or [fines] = [filler] + [ciment] Donc, le dosage en ciment C maximale qu on peut utiliser est : D.E.A Sciences des materiaux 121

136 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 C max = 181,71 x 3,11=565,11kg/m 3 Prénons C= 200 kg/ m 3 D où la quantité du filler utilisé est : [filler] = 181,71- (200/3,11) = 117,40 L/m 3 Filler = 117,40. 2,70 = 316,98 kg/m 3 Ce qui correspond à un rapport en masse filler/ciment =316,98/200= 1,59. La formule [32] nous donne la porosité du béton. Dans ce cas, le mélange n'est pas défloculé, nous adoptons, ainsi, pour d la valeur de 0,020 mm, soit : D apres la formule [32] : [eau+vides] = O,8x(0,02/4) 0,2 x1000= 277,25 L/m 3 Qui se décompose en prenant k = 0,2 dans la formule [34] [eau] = 277,25 /1,2 = 231 L/ m 3 ; ce qui donne un volume des vides [vides] = 277, = 46,25 L/m 3 soit 4,6% Finalement, le dosage en sable, selon la formule [35], est [Sable] = ,71-277,25 = 541,04 L/m 3, soit avec une densité de 2,55, correspondant à un dosage en masse de 1379,6 kg/m , ,98 = 2127,58Kg/m 3 Nous avons la composition pour obtenir 1m 3 de béton : C [kg] S[kg] Fil calcaire [kg] Eau [L] ,6 316, Après 28 jours des essais de rupture en compression nous permettent d avoir la résistance à la compression : R C28 =17,90 MPa (valeur moyenne prise avec 3 éprouvettes) Ce qui nous donne la valeur du coefficient K affecté au filler pour le rapport Fil/C=1,59 correspondant ; D.E.A Sciences des materiaux 122

137 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Cas 4 : ESR1SA4(Essai Sable de Rivière 1, filler Siliceux Adjuvanté n 9) Matériaux : o Ciment CEM I 42,5 N, avec un dosage 200 kg/m3 o Sable de rivière 1, avec D= 4mm et d= 0,1mm ; densité :2,55 o Filler siliceux o Avec adjuvant dosé à 1% du poids de ciment Nous reprénons le cas de formulation précédent avec une seule différence : la défloculation des fines par le biais d'un adjuvant. La formule [31] nous permet d estimer la quantité totale en fines soit : [fines] =1000 x 0,38(0,1/4) 0,2 = 181,71 L/m 3 Or [fines] = [filler] + [ciment] Donc, le dosage en ciment C maximale qu on peut utiliser est : C max = 181,71 x 3,11=565,11kg/m 3 Prénons C= 200 kg/ m 3 D où la quantité du filler utilisé est : [filler] = 181,71- (200/3,11) = 117,40 L/m 3 Filler = 117,40. 2,70 = 316,98 kg/m 3 Ce qui correspond à un rapport en masse filler/ciment =316,98/200= 1,59. Avec un mélange défloculé, nous estimons la taille des plus petites particules à l aide de la formule [33], pour une finesse Blaine moyenne de 7 720cm²/g pour le filler siliceux: d= 60/(2,70 x 7720) = 0,0029mm D apres la formule [28] : [eau+vides] = O,8x(0,0029/4) 0,2 x1000= 188,43 L/m 3 Qui se décompose en prenant k = 0,2 dans la formule [34] [eau] = 188,43 /1,2-2/1,21 = 157,02-1,65=155,26 L/ m 3 ; ce qui donne un volume des vides [vides] = 188,43 157,02 = 31,41 L/m 3 soit 3,14% Finalement, le dosage en sable, selon la formule [35], est [Sable] = ,43 181,71 = 629,86 L/m 3, soit avec une densité de 2,55 correspondant à un dosage en masse de 1606,1 kg/m , , ,98+2= 2280,34Kg/m 3 D.E.A Sciences des materiaux 123

138 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Nous avons la composition pour obtenir 1m 3 de béton : C [kg] S[kg] Fil calcaire [kg] Eau [L] ,6 316, Après 28 jours des essais de rupture en compression nous permettent d avoir la résistance à la compression : R C28 =31,20 MPa (valeur moyenne prise avec 3 éprouvettes) Ce qui nous donne la valeur du coefficient K affecté au filler pour le rapport Fil/C=1,59 correspondant ; d'où R C28E = 31,20 MPa R C28E : resistance du béton à 28 jours éxperimentale Ayant suivi la même procédure de calcul, on a obtenu les résultats suivants : D.E.A Sciences des materiaux 124

139 Etude experimentale - Applications béton de sable 2007 NOM I.4/ Résultats des éssais avec la méthode théorique Tableau n 31 : Résultats des essais avec les sables de rivière 1 C (Kg/m 3 ) Fil/C Fil (kg/m 3 ) c (L) fil (L) SABLE DE RIVIERE 1 Fines Eau (l/m 3 ) v (L/m 3 ) vides (%) Sable (L) Sable (Kg) ρt R C28 k Sable de rivière 1 - Filler calcaire ESR1C1 500,00 0,12 59,67 160,77 20,94 181,71 231,05 46,21 4,62 541, , ,35 23,00-0,310 ESR1C2 400,00 0,38 151,31 128,62 53,09 181,71 231,05 46,21 4,62 541, , ,99 25,40-0,080 ESR1C3 300,00 0,81 242,95 96,46 85,24 181,71 231,05 46,21 4,62 541, , ,63 22,70 0,130 ESR1C4 200,00 1,67 334,59 64,31 117,40 181,71 231,05 46,21 4,62 541, , ,27 18,60 0,480 Sable de rivière 1 - Filler calcaire + Adjuvant ESR1CA1 500,00 0,12 59,67 160,77 20,94 181,71 182,41 36,48 3,65 599, , ,55 31,90-0,314 ESR1CA2 400,00 0,38 151,31 128,62 53,09 181,71 182,41 36,48 3,65 599, , ,19 34,80-0,084 ESR1CA3 300,00 0,81 242,95 96,46 85,24 181,71 182,41 36,48 3,65 599, , ,83 31,30 0,128 ESR1CA4 200,00 1,67 334,59 64,31 117,40 181,71 182,41 36,48 3,65 599, , ,47 26,70 0,505 Sable de rivière 1 - Filler siliceux ESR1S1 500,00 0,11 56,53 160,77 20,94 181,71 231,05 46,21 4,62 541, , ,21 37,20-0,022 ESR1S2 400,00 0,36 143,34 128,62 53,09 181,71 231,05 46,21 4,62 541, , ,03 41,20 0,326 ESR1S3 300,00 0,77 230,16 96,46 85,24 181,71 231,05 46,21 4,62 541, , ,85 30,30 0,394 ESR1S4 200,00 1,58 316,98 64,31 117,40 181,71 231,05 46,21 4,62 541, , ,66 17,90 0,445 Sable de rivière 1 - Filler siliceux + Adjuvant ESR1SA1 500,00 0,11 56,53 160,77 20,94 181,71 156,79 31,36 3,14 630, , ,18 58,70-0,025 ESR1SA2 400,00 0,36 143,34 128,62 53,09 181,71 156,79 31,36 3,14 630, , ,99 64,30 0,328 ESR1SA3 300,00 0,77 230,16 96,46 85,24 181,71 156,79 31,36 3,14 630, , ,81 49,50 0,398 ESR1SA4 200,00 1,58 316,98 64,31 117,40 181,71 156,79 31,36 3,14 630, , ,63 31,20 0,450 D.E.A Sciences des materiaux 123

140 Etude experimentale - Applications béton de sable 2007 Tableau n 32 : Résultats des essais avec les sables de rivière 2 NOM C (Kg/m 3 ) Fil/C Fil (kg/m 3 ) c (L) fil (L) SABLE DE RIVIERE 2 Fines Eau (l/m 3 ) v (L/m 3 ) vides (%) Sable de rivière 2 - Filler calcaire Sable (L) Sable (Kg) ρt R C28 k ESR2C1 500,00 0,39 195,30 160,77 68,53 229,30 304,87 60,97 6,10 404, , ,90 20,20-0,173 ESR2C2 400,00 0,72 286,94 128,62 100,68 229,30 304,87 60,97 6,10 404, , ,54 17,60-0,057 ESR2C3 300,00 1,26 378,58 96,46 132,84 229,30 304,87 60,97 6,10 404, , ,18 14,20 0,092 ESR2C4 200,00 2,35 470,22 64,31 164,99 229,30 304,87 60,97 6,10 404, , ,82 12,70 0,525 Sable de rivière 2 - Filler calcaire + Adjuvant ESR2CA1 500,00 0,39 195,30 160,77 68,53 229,30 240,69 48,14 4,81 481, , ,50 28,20-0,174 ESR2CA2 400,00 0,72 286,94 128,62 100,68 229,30 240,69 48,14 4,81 481, , ,14 25,00-0,053 ESR2CA3 300,00 1,26 378,58 96,46 132,84 229,30 240,69 48,14 4,81 481, , ,78 20,30 0,093 ESR2CA4 200,00 2,35 470,22 64,31 164,99 229,30 240,69 48,14 4,81 481, , ,42 18,20 0,522 Sable de rivière 2 - Filler siliceux ESR2S1 500,00 0,37 185,02 160,77 68,53 229,30 304,87 60,97 6,10 404, , ,62 34,90 0,228 ESR2S2 400,00 0,68 271,84 128,62 100,68 229,30 304,87 60,97 6,10 404, , ,44 36,80 0,600 ESR2S3 300,00 1,20 358,66 96,46 132,84 229,30 304,87 60,97 6,10 404, , ,25 25,50 0,622 ESR2S4 200,00 2,23 445,47 64,31 164,99 229,30 304,87 60,97 6,10 404, , ,07 14,20 0,638 Sable de rivière 2 - Filler siliceux + Adjuvant ESR2SA1 500,00 0,37 185,02 160,77 68,53 229,30 206,89 41,38 4,14 522, , ,68 55,90 0,231 ESR2SA2 400,00 0,68 271,84 128,62 100,68 229,30 206,89 41,38 4,14 522, , ,50 58,40 0,601 ESR2SA3 300,00 1,20 358,66 96,46 132,84 229,30 206,89 41,38 4,14 522, , ,32 42,50 0,624 ESR2SA4 200,00 2,23 445,47 64,31 164,99 229,30 206,89 41,38 4,14 522, , ,13 25,20 0,638 D.E.A Sciences des materiaux 124

141 Etude experimentale - Applications béton de sable 2007 Tableau n 33 : Résultats des essais avec les sables de carrière NOM C (Kg/m 3 ) Fil/C Fil (kg/m 3 ) c (L) fil (L) SABLE DE CARRIERE Fines Eau (l/m 3 ) v (L/m 3 ) vides (%) Sable (L) Sable (Kg) ρt R C28 k Sable de carrière - Filler calcaire ESCC1 500,00 0,03 15,45 160,77 5,42 166,19 220,96 44,19 4,42 568, , ,77 22,40-0,356 ESCC2 400,00 0,27 107,08 128,62 37,57 166,19 220,96 44,19 4,42 568, , ,41 24,80-0,135 ESCC3 300,00 0,66 198,72 96,46 69,73 166,19 220,96 44,19 4,42 568, , ,05 22,10 0,063 ESCC4 200,00 1,45 290,36 64,31 101,88 166,19 220,96 44,19 4,42 568, , ,69 18,00 0,387 Sable de carrière - Filler calcaire + Adjuvant ESCCA1 500,00 0,03 15,45 160,77 5,42 166,19 174,45 34,89 3,49 624, , ,97 31,40-0,351 ESCCA2 400,00 0,27 107,08 128,62 37,57 166,19 174,45 34,89 3,49 624, , ,61 34,20-0,135 ESCCA3 300,00 0,66 198,72 96,46 69,73 166,19 174,45 34,89 3,49 624, , ,25 30,70 0,063 ESCCA4 200,00 1,45 290,36 64,31 101,88 166,19 174,45 34,89 3,49 624, , ,88 25,40 0,389 Sable de carrière - Filler siliceux ESCS1 500,00 0,03 14,63 160,77 5,42 166,19 220,96 44,19 4,42 568, , ,96 28,20-0,241 ESCS2 400,00 0,25 101,45 128,62 37,57 166,19 220,96 44,19 4,42 568, , ,77 43,60 0,328 ESCS3 300,00 0,63 188,27 96,46 69,73 166,19 220,96 44,19 4,42 568, , ,59 38,40 0,598 ESCS4 200,00 1,38 275,08 64,31 101,88 166,19 220,96 44,19 4,42 568, , ,41 25,60 0,769 Sable de carrière - Filler siliceux + Adjuvant ESCSA1 500,00 0,03 14,63 160,77 5,42 166,19 149,95 29,99 3,00 653, , ,03 46,30-0,242 ESCSA2 400,00 0,25 101,45 128,62 37,57 166,19 149,95 29,99 3,00 653, , ,84 67,40 0,329 ESCSA3 300,00 0,63 188,27 96,46 69,73 166,19 149,95 29,99 3,00 653, , ,66 60,40 0,596 ESCSA4 200,00 1,38 275,08 64,31 101,88 166,19 149,95 29,99 3,00 653, , ,48 42,30 0,758 D.E.A Sciences des materiaux 125

142 Etude experimentale - Applications béton de sable 2007 Tableau n 34 : Résultats des essais avec les sables de dunes NOM C (Kg/m 3 ) Fil/C Fil (kg/m 3 ) c (L) fil (L) SABLE DE DUNES Fines Eau (l/m 3 ) v (L/m 3 ) vides (%) Sable de dunes - Filler calcaire Sable (L) Sable (Kg) ρt R C28 k ESDC1 600,00 0,26 158,86 192,93 55,74 248,67 291,56 58,31 5,83 401, , ,27 23,70-0,263 ESDC2 500,00 0,50 250,50 160,77 87,90 248,67 291,56 58,31 5,83 401, , ,91 24,20-0,103 ESDC3 400,00 0,86 342,14 128,62 120,05 248,67 291,56 58,31 5,83 401, , ,55 23,50 0,098 ESDC4 300,00 1,45 433,78 96,46 152,20 248,67 291,56 58,31 5,83 401, , ,19 19,80 0,301 ESDC5 200,00 2,63 525,42 64,31 184,36 248,67 291,56 58,31 5,83 401, , ,83 17,20 0,776 Sable de dunes - Filler calcaire + Adjuvant ESDCA1 600,00 0,26 158,86 192,93 55,74 248,67 230,19 46,04 4,60 475, , ,34 32,80-0,263 ESDCA2 500,00 0,50 250,50 160,77 87,90 248,67 230,19 46,04 4,60 475, , ,98 33,40-0,103 ESDCA3 400,00 0,86 342,14 128,62 120,05 248,67 230,19 46,04 4,60 475, , ,62 32,30 0,093 ESDCA4 300,00 1,45 433,78 96,46 152,20 248,67 230,19 46,04 4,60 475, , ,26 27,80 0,304 ESDCA5 200,00 2,63 525,42 64,31 184,36 248,67 230,19 46,04 4,60 475, , ,90 24,30 0,776 Sable de dunes - Filler Siliceux ESDS1 600,00 0,25 150,50 192,93 55,74 248,67 291,56 58,31 5,83 401, , ,91 35,20-0,015 ESDS2 500,00 0,47 237,32 160,77 87,90 248,67 291,56 58,31 5,83 401, , ,73 40,50 0,320 ESDS3 400,00 0,81 324,14 128,62 120,05 248,67 291,56 58,31 5,83 401, , ,54 37,40 0,549 ESDS4 300,00 1,37 410,95 96,46 152,20 248,67 291,56 58,31 5,83 401, , ,36 26,40 0,591 ESDS5 200,00 2,49 497,77 64,31 184,36 248,67 291,56 58,31 5,83 401, , ,18 16,10 0,700 D.E.A Sciences des materiaux 126

143 Etude experimentale - Applications béton de sable 2007 NOM C (Kg/m 3 ) Fil/C Fil (kg/m 3 ) c (L) fil (L) Fines SABLE DE DUNES Eau (l/m 3 ) v (L/m 3 ) vides (%) Sable (L) Sable (Kg) ρt R C28 k Sable de dunes - Filler Siliceux + Adjuvant ESDSA1 600,00 0,25 150,50 192,93 55,74 248,67 197,86 39,57 3,96 513, , ,06 56,20-0,014 ESDSA2 500,00 0,47 237,32 160,77 87,90 248,67 197,86 39,57 3,96 513, , ,87 63,40 0,323 ESDSA3 400,00 0,81 324,14 128,62 120,05 248,67 197,86 39,57 3,96 513, , ,69 59,20 0,548 ESDSA4 300,00 1,37 410,95 96,46 152,20 248,67 197,86 39,57 3,96 513, , ,51 43,90 0,594 ESDSA5 200,00 2,49 497,77 64,31 184,36 248,67 197,86 39,57 3,96 513, , ,32 28,10 0,694 D.E.A Sciences des materiaux 127

144 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Remarques Pour des raisons économiques et selon le cas pratique, nous limitons, dans les exemples qui suivent, le dosage maximum à 500 kg/m 3 pour tous les types de sables sauf celui de dunes. Quant à ce dernier, nous avons intérêt à étendre ce dosage maximum jusqu à 600 kg/m 3 afin de bien observer la valeur du dosage avec laquelle on obtient une résistance R c28 maximale. I.5/ Representation graphique des résultas I.5.1/ Filler/C en fonction de C La relation entre Filler/C et C pour les quatre types de sable est évaluée graphiquement par les courbes suivantes : Sable de rivière 1 Figure n 34 : Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de rivière 1 D.E.A Sciences des materiaux 128

145 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Sable de rivière 2 Figure n 35 : Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de rivière 2 Sable de carrière Figure n 36 : Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de carrière D.E.A Sciences des materiaux 129

146 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Sable de dunes Figure n 37 : Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de dunes Les tracés des courbes Filler/C en fonction de C ci-dessus présentent une allure hyperbolique; ils correspondent respectivement aux quatre types de sable. Cependant, il est à noter que les courbes pour le filler siliceux et le calcaire sont très proches. Elles rejoignent l axe de l abscisse sur un même point. Les caractéristiques du sable déterminent les minimum et maximum des proportions du dosage en ciment ; La valeur de C pour cette intersection avec l axe des abscisses n est autre que le dosage maximale de ciment. I.5.2/ R C28 en fonction de filler/c Les courbes suivantes montrent les variations de la résistance R C28 du béton en fonction de filler/c. Pour chaque type de sable, nous allons présenter ces variations, sur un même graphique, pour le calcaire (en bleu) et le siliceux (en rouge), sans (clair) et avec (foncé) adjuvant. D.E.A Sciences des materiaux 130

147 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Sable de rivière 1 Figure n 38 : Courbes de R C28 en fonction de filler/c pour le sable de rivière 1 Sable de rivière 2 Figure n 39 : Courbes de R C28 en fonction filler/c pour le sable de rivière 2 D.E.A Sciences des materiaux 131

148 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Sable de carrière Figure n 40 : Courbes de R C28 en fonction de filler/c pour le sable de carrière Sable de dunes Figure n 41 : Courbes de R C28 en fonction de filler/c pour le sable de dunes Les quatre courbes de R C28 en fonction du dosage en ciment C, présentent une allure semblable : elles croissent et atteignent un maximum puis diminuent asymptotiquement D.E.A Sciences des materiaux 132

149 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 jusqu à une valeur inférieure à la valeur initiale. La croissance est nettement importante pour le siliceux. Toutefois, la valeur optimale du rapport filler/c correspondant à la meilleure résistance n est pas la même pour le siliceux et le calcaire et diffère d un type de sable à l autre. La meilleur résistance est obtenue à partir de l utilisation du sable de carrière car, avec le filler siliceux, elle atteint jusqu à 68MPa. I.5.3/ R C28 en fonction du dosage en ciment C Les courbes suivantes montrent les variations de la résistance R C28 du béton en fonction du dosage en ciment C. Pour chaque type de sable, nous allons présenter ces variations, sur un même graphique, pour le calcaire (en bleu) et le siliceux (en rouge), sans (clair) et avec (foncé) adjuvant. Sable de rivière 1 Figure n 42 : Courbes de R C28 en fonction du dosage C pour le sable de rivière 1 D.E.A Sciences des materiaux 133

150 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Sable de rivière 2 Figure n 43: Courbes de R C28 en fonction du dosage C pour le sable de rivière 2 Sable de carrière Figure n 44: Courbes de R C28 en fonction du dosage C pour le sable de carrière D.E.A Sciences des materiaux 134

151 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Sable de dunes Figure n 45 : Courbes de R C28 en fonction du dosage C pour le sable de dunes Les quatre courbes de R C28 en fonction du dosage en ciment C, présentent une allure semblable. La résistance maximale du béton est atteinte pour une valeur du dosage C d environ 450kg/m 3 pour le siliceux et 400kg/m 3 pour le calcaire. L adjuvant accroit la résistance du béton, notamment dans le cas de siliceux. Les courbes des autres types de sables permettent de saisir les ressemblances entre elles. Le dosage C optimal, c'est-à-dire offrant une meilleure résistance R c, est fonction du type de filler et du type de sable. D.E.A Sciences des materiaux 135

152 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 I.5.4/ K en fonction de Filler/C Sable de rivière 1 Figure n 46 : Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de rivière 1 Sable de rivière 2 Figure n 47 : Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de rivière 2 D.E.A Sciences des materiaux 136

153 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Sable de carrière Figure n 48 : Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de carrière Sable de dunes Figure n 49 : Courbes de K en fonction du rapport Fil/C pour le sable de dunes Les figures 45, 46, 47, 48 correspondant aux quatre types de sable expriment la variation de K en fonction du rapport Filler/C. Elle est strictement croissante, pourtant, la courbe du siliceux peut être schématisée en deux portion. La première se caractérise par une D.E.A Sciences des materiaux 137

154 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 croissance rapide et la seconde croit lentement selon les types du sable utilisés. Pour le calcaire, la fonction est grossièrement linéaire mais présente en fait un point d inflexion. Plus ou moins accentuée, cette allure reste observée pour les autres types de sable tandis que les points caractéristiques des courbes varient. Il est à noter que l adjuvant ne modifie pas la valeur de K. Ces courbes serviront d abaques pour des utilisations ultérieurs des sables avec un filler donné, pour la confection de béton avec les mêmes matières premières. Pour un central de fabrication de béton, ou pour les grandes sociétés de construction, il est nécessaire de dresser ces abaqueschaque fois qu il y a de nouveaux approvisionnement en matiéres premières et surtout chaque fois que l on change de matières premières. I.5.5/ Les valeurs de Filler/C et C correspondant à la valeur de RC28 maximum A partir du tableau ci-dessous récapitule les valeurs du dosage en ciment, et du rapport Filler/C optimaux pour obtenir une résistance maximale du béton de sable Tableau n 35 Les valeurs de Filler/C et C correspondant à la valeur de R C28 maximum SANS ADJUVANT AVEC ADJUVANT TYPES Sable de rivière 1 Sable de rivière 2 Sable de carrière Sable de dunes Sable de rivière 1 Sable de rivière 2 Sable de carrière Sable de dunes ESSAI Filler calcaire C Kg/m 3 Filler/C R C28 (MPa) ESSAI Filler siliceux C Kg/m 3 Filler/C R C28 ESR1C ,38 25,40 ESR1S ,36 41,20 ESR2C ,39 20,20 ESR2S ,51 37,30 (MPa) ESCC ,27 24,80 ESCS ,25 43,60 ESDC ,50 24,20 ESDS ,47 40,50 ESR1CA ,38 34,80 ESR1SA ,22 64,80 ESR2CA ,39 28,20 ESR2SA ,51 59,20 ESCCA ,27 34,20 ESCSA ,25 67,40 ESDCA ,50 33,40 ESDCA ,47 63,40 D.E.A Sciences des materiaux 138

155 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 I 3/ Utilisation d un ciment composé Béton de sable fabriqué avec : o Sable de rivière 1 avec D = 4mm, d=0,1mm o avec Ciment CEM II /A 42,5N, classe vraie F CE = 58,5 MPa, =3,06 o avec adjuvant superplastifiant o filler calcaire Nous proposons de reprendre dans ce cas la formulation mais cette fois avec un ciment composé CEM II /A 42,5N. Nous serons alors amenés à partitionner le ciment entre le clinker et les fines. Nous faisons également l'hypothèse que les fines incorporées dans le ciment sont de même nature que les fillers d'addition de la formulation proprement dite. Les dosages en fines, eau, vides et sable sont alors inchangés, soit : [fines] =1000 x 0,38(0,1/4) 0,2 = 181,71 L/m 3 Pour optimiser l'utilisation des fillers calcaires, en supposant que le ciment est dosé à 85 % de clinker et 15 % de filler, nous devons avoir : [fines] = [filler] + [ciment] (en volume) (kg/m 3 ) prenons un dosage en ciment C = 300 kg/m 3 Filler = (181, ).2,85= 239,2 Kg/m 3 1,11 Avec un mélange défloculé, nous estimons la taille des plus petites particules à l aide de la formule [29], pour une finesse de Blaine moyenne de 3 432cm²/g du filler calcaire: d= 60/(2,85 x 3432) = 0,0061mm D apres la formule [32] : [eau+vides] = O,8x(0,0061/4) 0,2 x1000= 218,64 L/m 3 Qui se décompose en prenant k = 0,2 dans la formule [34] [eau] = 218,64 /1,2-2/1,21 = 182,2-1,65=180,55 L/ m 3 ; ce qui donne un volume des vides [vides] = 218,64 182,2 = 36,44 L/m 3 soit 3,6% D.E.A Sciences des materiaux 139

156 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Finalement, le dosage en sable, selon la formule [35], est [Sable] = ,71 218,64 = 599,65 L/m 3, soit avec une densité de 2,55 correspondant à un dosage en masse de 1529,1 kg/m , ,2+180,55+2 = 2250,85Kg/m 3 Pour utiliser la formule de Feret modifiée, nous considérons alors que le clinker a une classe équivalente majorée de 18% par rapport à la classe du ciment soit 58,4 x 1,18 = 68,91 MPa avec un dosage de 0,85 x 300 = 255 kg/m 3, K F =4,75 A partir de l abaque de la figure :40 K=0,2 correspodant à filler/c=1,11 pour C=255 kg/m 3 Donc : Ce qui est tout à fait normal compte tenu du fait que la décomposition du ciment composé revient à considérer un ciment pur de classe sensiblement identique à celle du CEM II /A 42,5N, avec un dosage total en filler optimisé, et un dosage en ciment équivalent. du même ordre de grandeur. Béton de sable fabriqué avec : o Sable de carrière avec D = 5mm, d=0,08mm o avec Ciment CEM II /A 42,5N, classe vraie F CE = 58,5 MPa, o avec adjuvant superplastifiant Nous proposons de reprendre dans ce cas la formulation ESR1C4, en limitant le dosage en filler calcaire à la moitié du dosage obtenu précédemment (Filler) = 176 kg / m 3. Les dosages en fines, eau, vides et sable sont toujours inchangés, soit : Les dosages en fines, : [fines] =1000 x 0,38(0,1/4) 0,2 = 181,71 L/m 3 [eau] = 218,64 /1,2-2/1,21 = 182,2-1,65=180,55 L/ m 3 ; ce qui donne un volume des vides [vides] = 218,64 182,2 = 36,44 L/m 3 soit 3,6% [Sable] = ,71 218,64 = 599,65 L/m 3, soit une densité de 2,55 correspondant à un dosage en masse de 1529,1 kg/m ,1+332, ,55+2 = 2246,27Kg/m 3 D.E.A Sciences des materiaux 140

157 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Nous choisissons dans ce cas de limiter le dosage en filler à 176 kg/m 3, ce qui se traduit par une augmentation du dosage en ciment pour conserver la quantité optimale de fines : (kg/m 3 ) C = (181,71 ). = 368 Kg/m 3 Pour utiliser la formule de Feret modifiée, nous considérons alors que le clinker a une classe équivalente majorée de 18 % par rapport à la classe du ciment, soit 58,4 x 1,18 = 68,91MPa avec un dosage de 0,85 x 368 = 312,8 kg/m 3. Le dosage total en filler correspond alors à la somme du dosage en filler apporté, 176 kg/m 3, et du filler contenu dans le ciment, soit 0,15 x 368 = 55,2 kg/m 3, ce qui donne 231,2 kg/m 3. Filler/ ciment=231,2 / 312,8=0,73 D après l abaque de la figure 40, K=0,04 avec K F = 4,75 II/ Essai expérimental de formulation du béton de sable Dans cette méthode, nous allons envisager la formulation du bétons de sable par la méthode éxperimentale. Supposons que la maniabilité est bonne, le temps d écoulement mesuré sur la maniabilimètre à mortier est T=7s Résistance voulue : R C28 = 20MPa, Essai : ESR1C1E Béton de sable fabriqué avec : o Ciment CEM I 42,5 N; o Sable de rivière 1 avec D=4mm et d=0,1mm densité :2,55 o Filler calcaire D.E.A Sciences des materiaux 141

158 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 II.1/ Détermination d une formule de base sans fines d addition II.1.1/ Dosage en ciment La résistance est imposée, ce qui nous conduit à fixer un dosage en ciment et un rapport Filler/Ciment à partir des abâques correspondant au sable de rivière 1, filler calcaire La courbe de la figure 32 nous donne filler/c 1,2 pour R C28 = 20MPa La courbe de la figure 28 donne un dosage en ciment d environs 245Kg/m 3 pour Filler/C =1,2 Nous adoptons donc un dosage en ciment C=245kg /m 3 II.1.2/ Dosage en eau et en vide du béton La formule [36] nous permet d avoir un dosage en eau approximatif, pour un mélange non défloculé : On a, E= (800/1,13)(0,02/4) 0,2 = 245 L Ce qui nous donne un volume d air occlus Air O,2 eau Soit : Air 49L II.1. 3/ Détermination du dosage en sable On considère un béton dosé à 245 kg de ciment et à 49 % d'air occlus. Le dosage approximatif en eau, pour 245kg de ciment, est égal à 245 L. Tableau n :36 Exemple de calcul de la quantité de sable Constituants Dosage massique [Kg] Dosage volumique [L] Ciment ,8 D.E.A Sciences des materiaux 142

159 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Filler 0 0 Sable x x / 2,55 Adjuvant 0 0 Eau Air 49 Masse théorique x Volume théorique L La composition est calculée par 1m 3 de béton Donc = 78, x/2,55 x=[1 000-(78, )]2,55=1 599Kg ce qui donne une masse volumique théorique = = kg /m 3 Le melange II.1. 4/ Réglage de la maniabilité et du rendement de la formule - ciment 245 kg, - sable S 1 = 599kg, - eau E 1 = 245L a permis d obtenir une maniabilité caractérisée par T=11s Ce qui correspond à un béton un peu trop consistant ; il nous faut ajouter de l eau et enlever du sable. La masse volumique réelle mesurée sur le béton frais est : =1 905 kg/m 3 Correction de la maniabilité Nous ajoutons un volume V=5L d eau qui remplace un volume de sable égal Correction du sable S 2 =S 1 -( - )-v.2,55 S 2 =1 599-( )-(5 x 2,55)=1 402kg Ce qui donne une masse volumique = = 1 897kg/m 3 Une gachée a été effectuée avec cette composition et a donné : - T 7s ce qui est acceptable kg/m 3 S 3 =1402 ( )=1 465kg kg/m kg/m 3 D.E.A Sciences des materiaux 143

160 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 S 4 =1 465 ( )=1 411kg kg/m kg/m 3 S 5 =1 411 ( )=1430kg kg/m kg/m 3 S 6 = ( )=1417kg kg/m kg/m 3 S 7 = ( )=1 414kg kg/m kg/m 3 Les valeurs de sont assez proches nous pouvons adopter cette composition (ciment : 245kg, eau 250L et sable 1414kg) Ce qui correspond à une masse volumique kg/m 3 II.1. 5/ Détermination du dosage en filler Nous avons Filler/C=1,2 Filler= 1,2C La quantité du filler est d environ: Fil= 1,2 x 245 = 294kg L addition du filler au mélange précedente nous donne : kg/m 3 ce qui veut dire, qu en réalité, le melange fait plus de 1m 3 Nous imputons cet excedent de volume à un surplus de filler qu il nous faut enlever Fil= 294-( - =288Kg/m 3 De plus l addition de filler a entrainé une maniabilité de T=6s Un ajout de 3L d eau au mélange a permis de ramener la maniabilité à T=7s (ajouter de l eau par tranche de 1L et enlever un égale volume de Filler) Ce qui donne en définitif : D.E.A Sciences des materiaux 144

161 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 E= =253 L/m 3 Fil=288-(3x2,85) 279,5kg/m 3 Filler/c=1,14 Le dosage final adopté pour 1m 3 de béton est : C [kg] S[kg] Fil calcaire [kg] Eau [L] ,5 253 Ce qui donne une masse volumique =2202 x 3-(3x2,85)=2196 kg/m 3 La mesure de la résistance a donné R C28 =21,2MPa III/ Quelques exemples d utilisation du béton de sable selon les résultats des essais Les tableaux suivants montrent quelques possibilités d usages des essais ci-dessus suivants les conditions réquises. Tableau n 37 Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de rivière 1 ESSAI ESR1C1 DOMAINE D UTILISATION BATIMENT VOIRIE Selon la norme NF P FONDATION Eléments : Suivant les classes de résistance RC28 Superficielle Profonde non Porteur Porteur ESR1C2 X X X ESR1C3 ESR1C4 ESR1CA1 X X X X X ESR1CA2 X X X X X ESR1CA3 X X X X X ESR1CA4 X X X ESR1S1 X X X X X ESR1S2 X X X ESR1S3 X X X D.E.A Sciences des materiaux 145 X X X

162 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 ESR1S4 X ESR1SA1 X X X ESR1SA2 X X X ESR1SA3 X X X X X ESR1SA4 X X X Tableau n 38 Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de rivière 2 ESSAI ESR2C1 ESR2C2 ESR2C3 ESR2C4 ESR2CA1 FONDATION DOMAINE D'UTILISATION BATIMENT Eléments : VOIRIE Selon la norme NF P Suivant les classes de résistancerc28 Superficielle Profonde non Porteur Porteur ESR2CA2 X X X ESR2CA3 ESR2CA4 ESR2S1 X X X X X ESR2S2 X X X X X ESR2S3 ESR2S4 ESR2SA1 X X X X X ESR2SA2 X X X X X ESR2SA3 X X X ESR2SA4 X X X X X X X X X D.E.A Sciences des materiaux 146

163 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Tableau n 39 Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de carrière. ESSAI ESCC1 ESCC2 ESCC3 ESCC4 FONDATION DOMAINE D'UTILISATION BATIMENT Eléments : VOIRIE Selon la norme NF P Suivant les classes de résistancerc28 Superficielle Profonde non Porteur Porteur ESCCA1 X X X X X ESCCA2 X X X X X ESCCA3 X X X X X ESCCA4 X X X ESCS1 X X X X ESCS2 X X X ESCS3 X X X ESCS4 X X X ESCSA1 X X X X X ESCSA2 X X X X X ESCSA3 X X X X X ESCSA4 X X X X X X X D.E.A Sciences des materiaux 147

164 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Tableau n 40 Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de dunes. ESSAI ESDC1 ESDC2 ESDC3 ESDC4 ESDC5 FONDATION Superficiel le DOMAINE D'UTILISATION BATIMENT Eléments Profonde non Porteur Porteur ESDCA1 X X X ESDCA2 X X X VOIRIE Selon la norme NF P Suivant les classes de résistancerc ESDCA3 X X X ESDCA4 X X X ESDCA5 X X ESDS1 X X X X X ESDS2 X X X X X ESDS3 X X X X ESDS4 X X X ESDS5 ESDSA1 X X X X X ESDSA2 X X X X X ESDSA3 X X X X X ESDSA4 X X X ESDSA5 X X X X X X X X X IV/ Exemples de dimensionnement de chaussée On va essayer le dimensionnement de structure de chaussée utilisant le béton de sable ; c'est-à-dire de donner l épaisseur et les caracteristiques du béton de sable capable de supporter et transferer au sol de fondation les sollicitations au dessus de la chaussée. (les notes de calculs sont trouvés dans l annexe page :VI-XI.) D.E.A Sciences des materiaux 148

165 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Deux exemples: o Exemple n 1 : dimensionnement de structure en béton armées continue (BAC) fondation en béton de sable pour un trafic lourd de classe T1 o Exemple n 2 : dimensionnement d une chaussée en dalles minces de béton de sable sur fondation en sable traité au ciment, pour un trafic faible de classe T4. IV.1.1/ Les données : Les deux exemples renvoient au guide technique LCPC SETRA pour la conception et le dimensionnement des chaussées, dont ils épousent sérieusement la démarche, les hypothèses, et les notations. IV.1/ Exemple : 1 IV.1.1/ Données : Chaussée en béton armé continu sur fondation en béton de sable o Chaussée 2 x 2 voies, dimensionnement à effectuer pour la voie lente (constante de dimensionnement pour chaussée a 2x2 voix m=90) o Trafic de classe T1 : Moyenne journalière annuelle (MJA)=475 poids lourds : o Taux de croissement géométrique : =7% par an; o Durée de service : p=20 ans; o Plate- forme support de classe PF2 : Module d élasticité E= MPa et coefficient de poison =0,35 : o Type de structure retenue : béton de sable armé continu (BSAC) sur fondation en béton de sable (BS) o Caractéristiques mécaniques des bétons : - BSAC : classe de matériau 5 - BS : classe de matériau 2 IV.1.2/ Résultats Le Tableau n 41 rassemble les principaux résultats de calcul. Pour chaque hauteur de béton de sable Hbs entre 15 cm et 18 cm. La hauteur de BSAC Hbac associée est celle pour D.E.A Sciences des materiaux 149

166 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 laquelle la contrainte de traction maximale à la base du BSAC est égale à la contrainte admissible (NE)=1,5MPa. Ce Tableau n 41 fournit de plus les valeurs correspondantes de la contrainte de traction maximale à la base du béton de sable, et de la déformation maximale dans le support. Tableau n 41 Exemple de calcul n 1, résultats du modèle Alizé. Hbsac (cm) Hbs (cm) (MPa) 21,5 15 0, , , , Les valeurs de restent bien inférieures à la limite t(ne) = 1,50 MPa. La condition de non-dépassement de la contrainte admissible dans le béton de sable apparaît donc non déterminante pour le dimensionnement. Les spécifications d'épaisseur minimale imposent pour cette couche de fondation Hbs 15 cm. Hbac 20 cm. Pour la couche de base en BAC, les spécifications d épaisseurs minimales imposent : Les couples d'épaisseurs 21.5BSAC/15BS, 21BSAC/16BS el 20BSAC/17BS sont donc des solutions possibles. Le coût du béton de sable en fonction est certainement moindre que le coût du béton BSAC de la courbe de base; la structure optimale finalement proposée est la suivante : o BSAC en couche de base : 20 cm, o BS en couche de fondation : 17 cm. D après nos essais, on peut prendre comme compositions de ces bétons les composantes suivantes : (pour un mètre cube de béton) Pour BSAC en couche de base :les essais qui ont une perfomance mécaniques conforme à cette couche de base sont : o ESR1SA3, ESCSA1 satisfont la condition : - RC28 45MPa D.E.A Sciences des materiaux 150

167 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Pour BS en couche de fondation: o ESR1C1, ESR1C2, ESR1C3, o ESR2C1, ESR2CA3, o ESCC1, ESCC2, ESCC3, ESCCA5, ESCS4 ESCS1, o ESDC1, ESDC2, ESDC3, ESDC4, ESDS1, ESDS2 satisfont la condition : - R C28 20MPa On vérifie enfin que la déformation verticale maximale dans le support =156 déf. Reste inférieure à la valeur admissible = = 349 déf. La détermination des armatures longitudinales du BSAC et des leur liaison devra compléter le dimensionnement qui précède IV.2/ Exemple : 2 Chaussée de type dalles minces en béton de sable sur fondation en sable ciment IV.2.1/ Données Les données pour ce second exemple de dimensionnement sont les suivantes : o chaussée à 2 voies, de largeur 5,85 m (m = 1,50); o Trafic de classe T4 : MJA = 35 poids lourds; o Taux de croissance géométrique : t = 4 % par an; o Durée de service : p = 25 ans; o Plate-forme support de classe PF2 : E = 50MPa et v = 0,35; o Type de structure retenue : dalles minces en béton de sable (BS) sur définition en sable ciment (SC) : o Caractéristiques mécaniques des matériaux : - BS : Classe de matériaux 3; - SC : classe de matériaux 4. IV.2.2/ Résultats La charge de calcul est le demi-essieu simple à roues jumelées 130KN. D.E.A Sciences des materiaux 151

168 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Le Tableau n 42 fournit les principaux résultats de calcul. Pour chaque couple de valeurs Hbs/Hsc. L une au moins des contraintes de traction atteint la valeur admissible du matèriau l autre est inférieur ou égale à la contrainte admissible de l autre materiau. Le Tableau n 42 fournit de plus la valeur correspondante de la déformation maximale dans le support. D.E.A Sciences des materiaux 152

169 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Tableau n 42 Exemple de calcul n 2, résultats du modèle Alizé Hbs (cm) Hsc (cm) (MPa) (MPa) 24,5 18 1,14 0, ,14 0, ,7 20 1,14 0, ,3 21 1,14 0, ,7 22 1,14 0, ,14 0, ,14 0, ,7 25 1,14 0, ,5 26 1,14 0, ,5 1,06 0, ,02 0, L'épaisseur minimale de mise en œuvre du béton de sable est fixée à 15cm et celle du sable ciment à 18 cm. On vérifie que les différents couples de valeurs Hbs/Hsc sont accepte Le choix final de la structure reposera en pratique sur des comparaisons économiques entre ces différentes solutions, à partir des coûts de mise en œuvre des différents matériaux et de sujétions éventuelles liées au contexte du projet (par exemple : non dépassement d'une valeur maximale d'épaisseur de structure). D après nos essai, pour le béton de sable en couche de base, on peut utiliser : o ESR1C2, ESR1CA4, o ESR2CA1, ESR2CA2, ESR2S3, ESR2SA4, o ESCCA4, ESCCA4, ESCS4, ESCS1, o ESDCA2, ESDS2, ESDSA3 satisfont la condition : - R C28 25MPa D.E.A Sciences des materiaux 153

170 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 V/ Quelques exemples de composition du béton de sable d après nos essais V.1/ Poutres Bien entendu, la formulation sera déterminée en fonction des contraintes, mais on peut citer pour exemple celle qui a servi de base aux expérimentations et n'a pas nécessité d'adaptation particulière du matériel de l'usine : Composition o Ciment CEM I 42,5 N; avec un dosage 300 kg/m 3 o Sable de rivière 1 avec D=1mm et d=0,08mm densité : 2,55 Avec un dosage S=1 606,86 kg/m 3 Caractéristiques: o Adjuvant superplastifiant=3kg o Eau avec adjuvant: 153 L /m 3 o Filler siliceux, dosé à 230 kg/m 3 R C28 = 40,9 MPa Ec : Mpa Bonne adhérence aux armatures Samblable à béton traditionnel Maniabilité: 7 à 10 secondes, au maniabilimètre à béton Ces performances, déjà largement satisfaisantes, peuvent être améliorées par l'addition d'une charge de granulats. V.2/ Pieu type B25 Pour 1 m 3 de beton de sable pour pieu de type B25; la composition des différents constituants et la suivante : Composition o Ciment CEM I 42,5 N; avec un dosage 350 kg/m 3 o Sable de carrière d=0,08mm ; D=5mm, dabs=2,64 o Fines d'addition filler calcaire D.E.A Sciences des materiaux kg o Eau avec adjuvant 174,5L

171 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 o Adjuvant fluidifiant-retardateur 3,5 kg Caractéristiques: o R C28 = 36 MPa o Retrait : 0,206 mm/m o Gonflement : 0,118 mm/ o Maniabilité: 3à 10 secondes, au maniabilimètre à béton o Masse volumique apparente du béton=2140kg/m 3 Avantages : maniabilité, pompabilité, non ségrégabilité et délavage très réduit. V.3/ Eléments peu ou non porteur Voici un exemple de la composition du béton de sable pour les éléments peu ou non porteurs Composition o Ciment CEM I 42,5 N; avec un dosage 300 kg/m 3 o Sable de dune D=1,25mm ; d=0,15mm : 1060Kg/m 3 o Filler calcaire :434 Kg/m 3 o Eau : 291,5 L /m 3 Caractéristiques: o R C28 = 18 MPa o Retrait : 0,146 mm/m o Gonflement : 0,218 mm/m o Bonne adhérence aux armatures o Samblable à béton traditionnel o Maniabilité: 9 à 15 secondes, au maniabilimètre à béton o Masse volumique apparente du béton=2053kg/m 3 V.4/ Dallage industrielle Pour dallage industruelle en béton de sable de classe de matériaux 3 Composition D.E.A Sciences des materiaux 155

172 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 o Ciment CEM I 42,5 N; avec un dosage 400 kg/m 3 o Sable de rivière 2 D=1 ;25 mm ; d=0,15mm : 1369Kg/m 3 o Filler siliceux : 358,66 Kg/m 3 o Eau : 207 L /m 3 Caractéristiques: o RC28 36 MPa o Plasticité 2 à 4 cm, o Maniabilité LCPC : 7 à 15 secondes, au maniabilimètre à béton o Teneur en air 5 à 7%, à l aéromètre du béton o Densité apparente du béton : 2234,32kg/m 3 Pour dallage industruelle en béton de sable de classe de matériaux 6 Composition o Ciment CEM I 42,5 N; avec un dosage 500 kg/m 3 o Sable de dune D=4 mm ; d=0,1mm dosage : 1357Kg/m 3 o Filler siliceux : 80 Kg/m 3 o Adjuvant : 3Kg o Eau : 157 L /m 3 Caractéristiques: o RC28 60 MPa o Maniabilité LCPC : 7 à 12 secondes, au maniabilimètre à béton o Teneur en air 5 à 8%, à l aéromètre du béton o Densité apparente du béton : 2300kg/m 3 VI/ Remarque Le nombre de constituants du mélange béton de sable (un ou deux sables, ciment, additions (fines), un ou deux adjuvants), et leurs dosages ne sont pas pour les industries bien équipées un handicap, et les moyens technologiques et humains dont ils disposent autorisent affutage de formulations qui peuvent mettre en exergue les avantages de ces bétons, tant sur le plan technique qu économique. D.E.A Sciences des materiaux 156

173 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 CHAPITRE XI XI / / AVANTAGES ET LIMITES D EMPLOI DES BETONS DE SABLE D EMPLOI DES BETONS DE SABLE I / Avantages des bétons de sable I.1/ L'ouvrabilité Cette capacité du béton de sable à remplir les moules avec une énergie de serrage moindre, sans préjudice pour les autres propriétés du matériau, constitue un atout significatif dans bien des domaines. C est ainsi que : Le béton de sable se révèle apte à garnir les éléments les plus fins ou les plus inaccessibles des moules; Le béton de sable conserve sa cohésion, son homogénéité et de bonnes résistances, sans apport d'énergie de serrage; Le béton de sable garantit un bon enrobage des aciers, même si le ferraillage est très dense ou très compliqué, et même quand la vibration est impossible ou inopérante; Les distances de pompage sont accrues. I.2/ Qualité d'aspect Conséquence de leur ouvrabilité et de leur faible granularité, on peut obtenir facilement avec les bétons de sable des effets architectoniques aussi variés qu'étonnants et séduisants : aspect très lisse, type marbre; aspect finement grenu, type pierre; arêtes parfaitement définies; reproduction fidèle de moules extrêmement fins; absence de défauts d'aspect, notamment dus à la ségrégation. D.E.A Sciences des materiaux 157

174 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 I.3/ Homogénéité Cohésion Composition et granulométrie confèrent aux bétons de sable homogénéité et cohésion. L'intérêt essentiel en est une réduction significative de la ségrégation, et de tous les déboires qu'elle entraîne. Mais ils offrent aussi une bonne résistance au délavage et une meilleure tenue aux chocs. I.4/ Les applications privilègiees I.4.1/ Les bétons non vibrés Les bétons non vibrés, soit parce que la vibration est impossible, soit parce qu il est jugé avantageux de s en abstenir, ces bétons sont souvent des bétons fluides, utilisés notamment pour : La fabrication des pieux forés; La réalisation de dallages autocompactants ou autonivelants; I.4.2/ La projection Le béton de sable se prête au renforcement de suivre par projection par voie mouillée. Les nuisances de la voie sèche sont ainsi évitées et les rendements de chantier sont bien supérieurs. Ces bétons de sable projetés se sont révélés particulièrement intéressant, techniquement et économiquement, pour : la réhabilitation de collecteurs d'assainissement. la stabilisation de parois ou talus; I.4.3/ les travaux en immersion : Avec un délavage limité conjugué à l absence de ségrégation et au maintien des propriétés rhéologiques le béton de sable est adapté à la mise en œuvre de béton coute sous l eau les techniques de reprises en sous-œuvre, par injection ou coulage gravitaire : le béton de sablé se situe favorablement par rapport aux coulis et mortiers. Citons, par exemple : la réparation de fondations, D.E.A Sciences des materiaux 158

175 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 le comblement de cavités, la construction ou le renforcement d'ouvrages portuaires; I.4.4/ La préfabrication d'éléments destinés à rester apparents : Les qualités de fini des surfaces et arêtes qu'on peut obtenir avec des bétons de sable, alliées à de bonnes performances mécaniques, sont des critères déterminants pour de tels éléments, type blocs de construction pour bâtiments ou clôtures, et éléments de mobilier urbain ou de jardin. Ces domaines d'utilisation privilégiés des bétons de sable sont ceux où la technique s'est révélée particulièrement prometteuse. Toutefois, les autres applications du béton, que ce soit en génie civil ou en bâtiment, sont également réalisables, presque toutes, en béton de sable : le choix entre les deux types de matériau résulte alors de la prise en compte globale des données technico-économiques locales. I.5/ Intérêt économique Il se situe, soit dans la valorisation d'une ressource locale abondante parfois liée à un déficit en gros granulats, soit dans l'abaissement des prix de revient, inhérent aux caractéristiques spécifiques du matériau, I.5.1/ Ressource locale en matière première - sables excédentaires : quelle que soit l'origine de ces excédent (sables naturels ou de concassage) leur utilisation optimale sous forme de bétons de sable est, à l'évidence, profitable à l'économie locale; - Pénurie en gravillons, que cette situation soit présente ou a venir l intérêt économique de trouver un matériau de substitution au béton traditionnel est manifesté :maitriser la technologie du béton de sable pour des applications aussi larges que variées se révèle dans ce cas une opportunité fort intéressante pout l économie de la région, ou du pays, concernée : - Contraintes écologiques : il est clair que désormais seront davantage prises en compte les préoccupations écologiques légitimes à propos des prélèvements massifs de granulats alluvionnaires de qualité : ces prélèvements, sur une ressource non inépuisable, ne D.E.A Sciences des materiaux 159

176 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 sont pas, la plupart du temps, indispensables, surtout pour fabriquer des bétons courants; et, outre les «gaspillages» qu'ils génèrent, ils portent atteinte aux équilibres naturels. Le béton de sable peut être une réponse de progrès susceptible de concilier impératifs économiques (développement des infrastructures) el nécessité de préserver l'environnement. I.5.2/ Abaissement de prix de revient En dehors des cas cités ci-dessus, l'intérêt technique de certaines applications rejoint l'intérêt économique. Au paragraphe 1.4, ont été rappelées les applications privilégiées des bétons de sable : les choix résultent de l'appréciation de critères techniques, mais ces applications ne se développent que parce que le béton de sable y est également économiquement avantageux. A l'heure actuelle, l'avantage ne provient pas du coût de production des matériaux : en effet, selon la conjoncture locale et pour des usages et performances équivalents, il n'existe pas d'écart significatif entre bétons et bétons de sable. Mais, grâce à son comportement rhéologique, le béton de sable peut permettre un abaissement de prix de revient grâce à : des économies de matière; des gains de productivité de chantier : efficacité et rapidité d'exécution améliorées; Une réduction du coût social des travaux : réduction de la pénibilité des nivaux et des nuisances de chantier. II/ Limites d emploi II.1/ Limites inhérentes à la nouveauté La technologie du béton de sable étant récente, savoir-faire et expérience sont nécessairement à acquérir, de manière progressive, par les utilisateurs habituels du béton. Tant que la technique ne s'est pas vulgarisée, les différents intervenants de l'acte de construire doivent faire preuve de motivation pour décider d'employer le béton de sable et pour l'utiliser de façon satisfaisante : c'est par le biais d'actions en partenariat que peut s'échafauder un savoir faire commun. La banalisation de l'emploi de béton de sable pour divers usages ne pourra intervenir qu'avec un recul suffisant dans le temps. D.E.A Sciences des materiaux 160

177 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 II.2/ Contraintes de formulation Les performances d un béton de sable sont extrêmement dépendantes : De la qualité de la formulation Du respect de cette formulation Certains usages nécessitent des formules complexes ou «pointues» mises au point après une étude de formulation, et mise en œuvre dans des conditions très strictes. Certains formulations sont sensibles aux moindres fluctuations de la teneur en eau (c est le cas notamment avec utilisation de coffrages glissants) et nécessitent un minimum de préparations lors du stockage des constituants, de la fabrication et du transport. La composition d'un béton de sable exige, par définition. L utilisation de filler : il est donc nécessaire de pouvoir s approvisionner sans difficulté en filler sur le site de fabrication. Dans le cas d'utilisation de sables fillérisés, il faut s assurer que le producteur est en mesure de maîtriser la teneur en filler. Toutes ces contraintes relèvaent d usages non courants nécessitent les concours de spécialistes. Il est bien évident que pour les usages courants, correspondant à la part essentielle du marché des bétons, la formulation d un béton de sable, une fois mise au point sa teneur en eau, ne constitue surement pas une contrainte insurmontable pour les habituels utilisateurs du béton II. 3/ Les performances II.3.1/ Performances, mécaniques Les performances mécaniques ne constituent pas l'unique critère de jugement de la qualité d'un béton : on a vu notamment que bon nombre de propriétés spécifiques des bétons de sable les rendent préférentiels pour certains usages. Toutefois, la classification des bétons selon des performances mécaniques reste un repère bien ancré dans l'esprit des utilisateurs (exemple des classes de résistance des bétons selon la valeur de la résistance en compression à 28 jours, des bétons dits «à la résistance»). Aussi convient-il de savoir qu'en général, toutes choses égales par ailleurs, les performances mécaniques des bétons de sable sont inférieures à celles de bétons traditionnels. D.E.A Sciences des materiaux 161

178 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 En particulier, la cinétique de montée en résistance est en général plus lente pour les bétons de sable, ce qui peut limiter leur usage pour des bétons mis en charge précocement. Mais ces freins à l'utilisation des bétons de sable ne sont, souvent que psychologiques puisque : Il est relativement aisé d'obtenir des bétons de sable à hautes performances mécaniques, même aux jeunes âges, d'une part; La vocation des bétons de sable n'est pas de substituer à des bétons mécaniquement performant, mais d'être une nouvelle source de béton de qualité (qualité appréciée au sens large et non selon la seule résistance en compression à 28 jours), d autre part. II.3.2/ Autres performances Les caracteristiques susceptibles de limiter certains emplois des bétons de sable sont essentiellement : Le retrait : les valeurs de retrait sont très sensibles à la formulation des bétons de sable : quand le retrait est préjudiciable, il convient de prendre des précautions avec certains sables et fillers. Des ajouts de fibres peuvent être fort utiles, surtout aux jeunes âges; Le fluage : ici aussi la composition est très influente et pour certains usages, comme le béton précontraint, n'importe quel béton de sable, même avec de bonnes résistances mécaniques, ne convient pas forcément. II.3.4/ Les coûts Coût de production Dans les régions présentant conjointement des excédents de sable un déficit en granulats de gros diamètre zone sud de Madagascar, le béton de sable est particulièrement favorisé. Ce n'est pas le cas ailleurs, où le besoin en filler et adjuvant des bétons de sable les rend souvent plus onéreux que les bétons traditionnels. On peut imaginer qu'une vulgarisation de la technique, liée à une utilisation massive, rendraient le coût de production des bétons de sable beaucoup plus compétitif. D.E.A Sciences des materiaux 162

179 Etude experimentale - Applications sable béton de 2007 Coût global Ce coût inclut au prix d'achat du matériau, le prix de sa mise en œuvre. Et là, le béton de sable, par ses propriétés rhéologiques, se révèle particulièrement avantageux et procure des gains substantiels de productivité de chantier. (Vitesse et facilité d'exécution, réductions en personnel et matériels, diminution des nuisances, longueurs de pompage accrues, réduction des quantités de béton nécessaires, etc.). C'est à l'utilisateur de faire une approche globale de son prix de revient. On a pu se rendre compte qu'un béton de sable plus cher à l'achat génère souvent un produit fini meilleur marché. Coût de la spécificité Dans le cout fourniture d'un béton de sable est inclus le cout de ses propriétés spécifiques. Si ce cout est supérieur à celui d'un béton traditionnel, le surcout correspond au cout de la spécificité et, bien souvent, il traduit le coût de la qualité. Comment évaluer : La garantie : d'un bon remplissage de moules et de cavités d un bon enrobage des aciers en toutes circonstances. De l absence de ségrégation ou de délavage? L esthétique d un parement? La finesse de définition d une arête? Les quelques d écart sur le prix de la fourniture d un mètre cube de béton? D.E.A Sciences des materiaux 163

180 Conclusion générale sable béton de 2007 CONCLUSION GENERALE CONCLUSION GENERALE D.E.A Sciences des materiaux

181 Conclusion générale sable béton de 2007 Le béton de sable dérive du béton traditionnel et présente, ainsi, les mêmes constituants que ce dernier. Ayant connu ses propriétés, on peut l utiliser dans un large domaine de génie civil à l instar des fondations, bâtiments, voiries et ouvrages d art. Pour établir les propriétés essentielles, le béton de sable doit subir plusieurs contrôles, à savoir le contrôle de qualité des constituants, contrôle des matériels de confection des bétons, contrôle de béton fini, contrôle de béton durci et plusieurs essais tels que l essai de durabilité. Les méthodes de formulation comprend quatre étapes : le recueil de données, la formulation, le test en laboratoire et les modifications. Après avoir effectués plusieurs essais, on a constaté que les résultats théoriques décalent des résultats expérimentaux. Le présent mémoire donne une méthode pour dresser des abaques, chaques fois qu on a un nouveau approvisionnement ou que l on change de matières premières, pour une utilisation ulterieur optimale de ces derniers dans la fabrication de béton de sable et pour leurs applications sur chantier. Les bétons de sable sont dotés de nombreux avantages. En effet, ils autorisent des ouvrabilités supérieures à celle d'un béton traditionnel. Ils présentent également une bonne cohésion et homogenéité avec un aspect de qualité. Grâce à leurs propriétés ils trouvent des applications privilégiées dont les bétons non vibrés, la projection et les travaux en immersion. Pourtant, il ne dispose pas que des atoutsn mais connait également des limites. Citons les limites inhérentes à la nouveauté, les contraintes de formulation, les retraits et les fluages. Le choix du béton de sable resterait donc le résultat d un compromis entre les facteurs économiques et techniques. D.E.A Sciences des materiaux 162

182 Bibliographie sable béton de 2007 BIBLIOGRAPHIE [1] BARON J Introduction à la durabilité des bétons, Paris, presse de ENPC, chap.pages 23-40, (1992) [2] Eric FAUTEUX Stéphane FORTIN, Le béton de sable appliqué aux chaussées routière, (2002) [3] G CHANVILLARD la formulation des bétons de sable par une approche de compacité optimale- Rapport de recherche-développement, projet national SABLOCRETE-ENTPE 1994 [4] Gabriely RANAIVONIARIVO, Contribution à létude de l élaboration de ciment à haute résistance à Madagascar Thèse de doctorat, (2005) [5] Gabriely RANAIVONIARIVO; cours DEA «Liants mineraux» (2006) [6] Gérard GLUAIS- Jean Paul BRU, Bulletin de liaison LCPC n 183 (janv-fév1993) confortement d une digue en enrochement par injection de béton de sable [7] Gilles CHANVILLARD,methode de formulation des béton de sable à maniabilité et résistance fixées, Bulletin des laboratoires des PONT et CHAUSSEES sept-oct (1996) pages [8] GUIDE TECHNIQUE.chapitre 3 Conception des chaussée en béton.élément pour le projet pages : [9] H BILLHOUET (1994), béton de sable Caractéristiques et pratiques d utilisation [10] Jean-Jacques CHAUVIN Gilbert GRIMALDI, Bulletin LCPC n 157 (Sept-oct 1988), Les bétons de sable [11] J-J CHAUVIN Béton de sable : proche de la formulation Séminaire Franco-Soviétique sur lee bétons de sable, SABLOCRETE, Bordeaux 1991 [12] Kim K-H Jeon S-E, Kim J-K Yang S, An experimental study on thermal conductivity of concrete. Cement Concrete Res 2003 pages [13] M.Bederina, L Marmoret, K Mezreb, M Quéneudec, Construction and building MATERIALS 21pages (2007) [14] Pirre CHARON, Calcul et verification des ouvrages en béton armé (1983) [15] Pirre CHARON, Calcul des ouvrages en béton armé suivant les règles BAEL 83 (1986) [16] VALETTE, Manuel de composition(1964) D.E.A Sciences des materiaux

183 Bibliographie sable béton de 2007 [17] Wwwbétondefrance.com(2003),constituants du béton D.E.A Sciences des materiaux

184 Annexes sable béton de 2007 ANNEXES ANNEXES D.E.A Sciences des materiaux i

185 Annexes sable béton de 2007 ANNEXE : I La resistance au délavage du béton de sable Mesure du délavage en laboratoire La methode consiste, schématiquement, à mesurer la perte de masse d une échantillon de béton frais, installé dans une nacelle perforée, après son passage en chute libre dans une colonne d'eau de 1,70 m de hauteur et égouttage. Le délavage s'exprime, selon cette méthode, en % et correspond à : Toutes les formules sont dosées à 350kg/m3 de ciment et contiennent leurs additions des filler calcaire telle que la proportion totale en éléments fines contiennent de fillers sont constantes et égale à 21% Essais sur bétons non adjuvantés La réponse au delavage différente entre les bétons traditionnels (équart 10%) et les bétons de sable 0/5 (4% perte) sont le mieux au délavage. Esssais sur béton adjuvantés Essai de perte de masse entre bétons traditionnels (3 et 0.9% de perte) et béton de sable (0.2 % de perte) est moindre par rapport à l essai precedent mais avantage le béton de sable qui ne peut quasiment perte de fines quand il est adjuvanté. Les differences de pertes de masse, moindre et favorable pour le béton de sable dépendent essentiellement de la granulat se délavant plus que les bétons de sables, de classe spécifique plus élevée, de texture plus fine et pplus compacte Examen visuel Cet examen rendu poossible par la transparence de la paroi du cylindre lors lequel est effectuée la chute des divers échantillons de bétons confirme le moindre délavage des bétons de sable. Avec lesquels l eau se semble moins lors de la chute Conclusion Ces experiences confirment que le béton de sable, adjuvanté ou non resiste mieux au délavage que des bétons traditionnels, ce qui en fait un matériau particulièrement adapté aux travaux de bétonnage en milieu aquatique. D.E.A Sciences des materiaux i

186 Annexes sable béton de 2007 Un béton de sable ayant une résistance en compression de 24 à 30 MPa a généralement un module d'élasticité de «.idre de MPa (à 28 j). ANNEXE : II Detail de calcul de dimensionnement de structure en béton armées continue (BAC) fondation en béton de sable pour un trafic lourd de classe T1( éxemple 1) 1- Les données : o Chaussée 2 x 2 voies, dimensionnement à effectuer pour la voie lente (constante de dimensionnement pour chaussée a 2x2 voix m=90) o Trafic de classe T1 : Moyenne journalière annuelle (MJA)=475 poids lourds : o Taux de croissement géométrique : o Durée de service : p=20 ans; =7% par an; o Plate- forme support de classe PF2 : Module d élasticité E= MPa et coefficient de poison =0,35 : o Type de structure retenue : béton de sable armé continu (BSAC) sur fondation en béton de sable (BS) o Caractéristiques mécaniques des bétons : - BSAC : classe de matériau 5 - BS : classe de matériau 2 En l absence d éssais mécaniques sur les bétons au niveau de l avant projet, leurs caractéristiques mécaniques sont fixées par le Tableau n V.7.3 (page :XI) du guide technique LCPC-SETRA, fournissant les valeurs de reference des paramètres de calcul pour les bétons conformes à la norme. Le coefficient de Poisson des deux types de béton est pris égale à 0,25 Tableau -a Valeurs de référence des paramètres de calcul d'après le Guide technique LCPC- SETRA. Type de matériau béton Classe de matériau f t (MPa) résistance en fendage à 28j (MPa) A 360j (=0,65f t ) -1/b: pente de la droite de fatigue SN (logn) écart type E(MPa) Module elastique BAC 5 3,3 2, BS 2 2,1 1, D.E.A Sciences des materiaux ii

187 Annexes sable béton de Calcul du nombre d'essieux équivalents NE Le coefficient d agressivité moyen est fixé à le coefficient d agressivité moyenne des poids lourd (CAM) = 1 par le Guide technique LCPC SETRA 3- Calcul des contraintes admissibles Le calcul des contraintes de traction admissibles (NE) pour les deux couches de béton est précisé dans le Tableau -b ci-dessous. Ce calcul fait intervenir divers coefficients dont les valeurs sont également fixées par le guide technique LCPC-SETRA pour chaque type de béton : Tableau -b Exemple de calcul n 1, calcul des contraintes admissibles. Béton armé continu (BAC) Béton de sable (BS) 1,88 MPa 1,88 MPa Risque r 5 % 50 % Fractile associe à r -1, ,050 1,306 0, / 1, / 1,10 0,75 1 1,50 1,40 1,50 MPa 1,50 MPa Avec : b : pente de la courbure de la fatigue Sh : épaisseur de la chaussée D.E.A Sciences des materiaux iii

188 Annexes sable béton de 2007 k r : coefficient de risque k d : coefficient de discontinuité k s : coefficient de portance k t : coefficient de thérmique k c : coefficient de calage : contrainte de traction au déformation admissible preponderant : contrainte de traction au déformation preponderant : dispersion sur la fatigue 4- Choix des épaisseurs La modélisation de la structure est réalisée avec le programme Alizé du LCPC page :XI. L interface BSAC/BS est prise non glissante dans les calculs, alors que l interface B/S support est prise colée La charge de calcul est le demi essieu simple à roues jumelées de 130 KN, representé par deux cercles de rayon 0,125m, entre axe 0,375m. chargés par la pression verticale uniforme 0,662MPa Le Tableau n c rassemble les principaux résultats de calcul. Pour chaque hauteur de béton de sable Hbs entre 15 cm et 18 cm. La hauteur de BSAC Hbac associée est celle pour laquelle la contrainte de traction maximale à la base du BSAC est égale à la contrainte admissible (NE)=1,50MPa. Le Tableau -c fournit de plus les valeurs correspondantes de la contrainte de traction maximale à la base du béton de sable, et de la déformation maximale dans le support. Tableau n c Exemple de calculs n" 1, résultats du modèle Alizé. Hbsac (cm) Hbs (cm) (MPa) 21,5 15 0, , , , Les valeurs de restent bien inférieures à la limite t(ne) = 1,50 MPa. La condition de non-dépassement de la contrainte admissible dans le béton de sable apparaît donc non déterminante pour le dimensionnement. Les spécifications d'épaisseur minimale pour les T1-PF2 imposent pour cette couche de fondation Hbs 15 cm. D.E.A Sciences des materiaux iv

189 Annexes sable béton de 2007 Hbac 20 cm. Pour la couche de base en BAC, les spécifications d épaisseurs minimales imposent : Les couples d'épaisseurs 21.5BSAC/15BS, 21BSAC/16BS el 20BSAC/17BS sont donc des solutions possibles. Le coût du béton de sable en fonction est certainement moindre que le coût du béton BSAC de la courbe de base; la structure optimale finalement proposée est la suivante : suivantes : o BSAC en couche de base : 20 cm, o BS en couche de fondation : 17 cm. D après nos essais, on peut prendre comme compositions de ces bétons les composantes (pour un mètre cube de béton) Pour BSAC en couche de base :les essais qui ont une perfomance mécaniques conforme à cette couche de base sont : o ESR1SA3, ESCSA1 satisfont la condition : - RC28 45MPa Pour BS en couche de fondation: o ESR1C1, ESR1C2, ESR1C3, o ESR2C1, ESR2CA3, o ESCC1, ESCC2, ESCC3, ESCCA5, ESCS4 ESCS1, o ESDC1, ESDC2, ESDC3, ESDS1 satisfont la condition : - R C28 20MPa On vérifie enfin que la déformation verticale maximale dans le support =156 déf. Reste inférieure à la valeur admissible = = 349 déf. La détermination des armatures longitudinales du BSAC et des leur liaison devra compléter le dimensionnement qui précède. Les valeurs numériques des coefficients nécessaires à la définition de ces actes sont celles détaillées dans le Guide technique LCPC SETRA et ne donnent lieu à aucun changement. Il en est de même pour l ensemble des dispositions particulières telles que celles relatives aux joints transversaux et longitudinaux, aux surlargeurs, aux profils en travers, etc. D.E.A Sciences des materiaux v

190 Annexes sable béton de 2007 ANNEXE : III Detail de calcul de dimensionnement Chaussée de type dalles minces en béton de sable sur fondation en sable ciment 1- Les données : Les données pour ce second exemple de dimensionnement sont les suivantes : o chaussée à 2 voies, de largeur 5,85 m (m = 1,50); o Trafic de classe T4 : MJA = 35 poids lourds; o Taux de croissance géométrique : t = 4 % par an; o Durée de service : p = 25 ans; o Plate-forme support de classe PF2 : E = 50MPa et v = 0,35; o Type de structure retenue : dalles minces en béton de sable (BS) sur définition en sable ciment (SC) : o Caractéristiques mécaniques des matériaux : - BS : Classe de matériaux 3; - SC : classe de matériaux 4. En l absence d'essais mécaniques au moment de l'étude, les caractéristiques mécaniques sont fixées par le Guide technique LCPC-SETRA. Le coefficient de Poisson est pris égal à 0,25. des deux matériaux Tableau -d Exemple de calcul n 2, valeurs de référence des paramètres de calcul d'après le Guide technique LCPC-SETRA. Type de matériau béton Classe de matériau (MPa) A 360j (=0,65f t ) -1/b :pente de la droite de fatigue SN (logn) écart type E(MPa) Module elastique BS 3 1, SC 4 0, , Calcul du nombre d'essieux équivalents NE Le coefficient d'agressivité moyen est fixé à CAM = 0,5 par le guide LCPC-SETRA. D.E.A Sciences des materiaux vi

191 Annexes sable béton de Calcul des contraintes admissibles Le calcul des contraintes admissibles dans le béton de sable et ciment utilisé les valeurs numériques fixées par le guide technique LCPC SETRA pour les divers coefficients intervenant dans l expression de Tableau -e Exemple de calcul n 2, calcul des contraintes admissibles Béton armé continu (BAC) Béton de sable (BS) 1,73 MPa 0,54 MPa Risque r 15 % 30 % Fractile u associe à r -1,036 0,524 1,044 1,000 0, / 1, / 1,10 0,75 1 1,40 1,50 1,14 MPa 0,66 MPa 4- Choix des épaisseurs La charge de calcul est le demi-essieu simple à roues jumelées 130KN. Pour chaque couple de valeurs Hbs/Hac. L une au moins des contraintes de traction atteint la veur admissible du matèriau l autre est inférieur ou égale à la contrainte admissible de l autre materiau. Le Tableau-f fournit de plus la valeur correspondante de la déformation maximale dans le support. D.E.A Sciences des materiaux vii

192 Annexes sable béton de 2007 Tableau -f Exemple de calcul n 2, résultats du modèle Alizé Hbs (cm) Hsc (cm) (MPa) (MPa) 24,5 18 1,14 0, ,14 0, ,7 20 1,14 0, ,3 21 1,14 0, ,7 22 1,14 0, ,14 0, ,14 0, ,7 25 1,14 0, ,5 26 1,14 0, ,5 1,06 0, ,02 0, L'épaisseur minimale de mise en œuvre du béton de sable est fixée à 15cm, et celle du sable ciment à 18 cm. On vérifie que pour les différents couples de valeurs Hbs/Hsc, la déformation verticale maximale dans le support reste inférieure à la valeur admissible : L'ensemble des couples de valeurs Hbs/Hsc du Tableau n VI (page :XI) définissent donc autant de solutions de dimensionnement techniquement possibles, vis-à-vis de l'endommagement par fatigue des différents matériaux et du sol support. Le choix final de la structure reposera en pratique sur des comparaisons économiques entre ces différentes solutions, à partir des coûts de mise en œuvre des différents matériaux et de sujétions éventuelles liées au contexte du projet (par exemple : non dépassement d'une valeur maximale d'épaisseur de structure). D après nos essai, pour le béton de sable en couche de base, on peut utiliser : o ESR1C2, ESR1CA4, o ESR2CA1, ESR2CA2, ESR2S3, ESR2SA4, o ESCCA4, ESCCA4, ESCS4, ESCS1, o ESDCA3, ESDS3, ESDSA4 satisfont la condition : - R C28 25MPa D.E.A Sciences des materiaux viii

193 Table des matières sable béton de 2007 Table des matières REMERCIEMENT SOMMAIRE LISTE DES TABLEAUX LISTE DES FIGURES LISTE DES ABREVIATIONS 2INTRODUCTION GENERALE...i Partie : I ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE...3 INTRODUCTION...2 A QUELQUES NOTIONS SUR LE BETON...3 CHAPITRE I / GENERALITES...3 I / Définition...3 II / Historique...3 III / Les constituants du béton...4 III 1 / Liants...4 III-1-1/ Les ciments...5 III-1-2/ Le liant équivalent...9 III-1-3/ Propriétés...10 III-2/ Granulats...10 III-2-1/ Définition...10 III-2-2/ Classifications...10 III-2-3/ Propriétés...11 III-2-4/ Sables...12 III-2-5/ Pierrailles...12 III-3 / Eau...12 III-4/ Les adjuvants...13 III-4-1/ Définition...13 III-4-2/ Fonctions des adjuvants...13 III 4-3/ Les différents types d'adjuvants...14 III-4-4 / Les principaux adjuvants...15 D.E.A Sciences des materiaux

194 Table des matières sable béton de 2007 III-4-5 / Utilisations...16 CHAPITRE II / LES DIFFERENTES CARACTERISTIQUES DU BETON...17 I / Caractéristiques physiques...17 I-1 / Masse volumique...17 I-2 / Coefficient de dilatation...17 I-3 / Les retraits...17 I-3-1 / Retrait hygrométrique...17 I-3-2/ Retrait sous charge ou fluage...18 II / Les caractéristiques mécaniques...18 II-1/ Résistance à la compression Rc...18 II-1-1/ Formule de Féret...19 II-1-2 / Formule de Bolomey...20 II-1-3/ Facteurs influant la résistance du béton...20 II-2 / Résistance à la traction R t...22 III/ Autres caractéristiques...23 III-1/ La consistance - ouvrabilité...23 III-2 / La compacité...23 III-3/ Influence de la dimension des granulats...23 III-4/ Effet de paroi...24 III-5/ Effet de «poisson»...25 III-6 / Le ressuage...25 III-7 / Corrosion du béton...25 III-7-1/ Gonflement dû au sulfate...25 III-7-2/ Alcalis-réaction...25 III-7-3/ Carbonatation...26 CHAPITRE III / DIFFERENTS TYPES DE BETONS ET UTILISATIONS - ADDITIFS...27 I/ Différents types de bétons...27 I-1/ Le béton non armé...27 I-2/ Le béton armé...27 I-3 / Bétons précontraints...28 II/ Additifs...29 II-l / Définition...29 II-2/ Différents types d'additifs...29 D.E.A Sciences des materiaux

195 Table des matières sable béton de 2007 II-2-1/ Correcteurs granulaires...29 II-2-2/ Les fibres...30 II-2-3/ Les colorants...30 CHAPITRE IV / FORMULATION DU BETON...31 I/ Principe de formulation...31 I-1/ Démarche à suivre...31 I-2/ Recueil des données...31 I-3/ Formulation...31 I-4/ Test en laboratoire...32 I-5/ Modifications...32 II/ Exemple de formulation du béton : METHODE DE DREUX GORISSE...32 II-1/ Données de base...32 II-1-1/ Nature de l'ouvrage...32 II-1-2 / Résistance désirée...33 II-1-3/ Consistance désirée...33 II-2/ Formulation...33 II-2-1/ Dosage en ciment...33 II-2-2/ Dosage en eau...35 II-2-3 / Dosage des granulats...36 B / BÉTON DE SABLE...41 CHAPITRE V / GENERALITES...41 I/ Définition et spécifications...41 I-1 / Définition...41 I-2 / Spécifications du béton de sable...41 II/ Historique...42 III/ Composition du béton de sable...43 III-1/ Sables...43 III-2/ Les fines d ajout (ou additions)...44 III-3/ Les ciments...45 III-4/ L eau...45 III-5/ Adjuvants...46 III-6/ Autres ajouts...47 III-6-1/ Les fibres...47 D.E.A Sciences des materiaux

196 Table des matières sable béton de 2007 III-6-2/ Les gravillons...47 III-6-3/ Les colorants...48 IV/ Proprietés essentielles du béton de sable...48 IV-1/ Propriétés générales...48 IV-1-1/ Granulométrie / maniabilité...48 IV-1-2/ Propriétés specifiques...51 HAPITRE VI / PREPARATION ET FABRICATION DU BÉTON DE SABLE...58 I/ Fabrication - Transport...58 I-1/ Approvisionnement, stockage, manutention...58 I-1-1/ Sables...58 I-1-2/ Ciment adjuvants...58 I-1-3/ Additions...58 I-1-4/ Eau...59 I-2/ Dosage des constituants...59 I-3/ Malaxage...59 I-3-1/ Durée du malaxage...59 I-3-2/ Ségrégation...60 I-3-3/ Modalités de malaxage...60 I-4/ Transport Pompage...60 I-4-1/ Transport...60 I-4-2/ Pompage...61 II/ Mise en oeuvre...61 II-1/ Préparation des coffrages...61 II-2/ Vibration - Surfaçage...61 II-3/ Joints de reprise...62 II-4/ Parement...62 III/ Contrôles...63 III-1/ Généralités...63 III-1-1/ Préambule...63 III-1-2/ Types d essais...63 III-2/ Contrôles avant durcissement du béton...64 III.2.1/ Constituants...64 III.2.2/ Dosage des constituants...64 D.E.A Sciences des materiaux

197 Table des matières sable béton de 2007 III.2.3/ Contrôles des bétons frais...64 III.3/ Contrôles sur béton durci...65 III.3.1/ Types d'éprouvettes...65 III.3.2/ Fréquence d'essais...66 III.4/ Autres essais sur bétons...66 III.4.1/ Essais non destructifs...66 III.4.2/ Déformations...67 III.4.3/ Adhérence...67 III.4.4/ Autres essais...67 III.5/ Essais de durabilité...67 III.5.1/ Environnements...67 III.5.2/ Porosité, perméabilité, capillarité...68 III.5.3/ Corrosion, carbonatation...68 III.5.4/ Alcali-réaction...68 IV/ Formulation et essai (Réf : NF P )...68 III.5/ Formulation...68 III.5/ Essais...69 V/ Propriétés des bétons de sables et méthodes de vérifications...69 CHAPITRE VII / PRATIQUES D UTILISATION DES BETONS DE SABLE...70 I/ Introduction...70 II/ Fondation...70 II.1/ Fondations superficielles...70 II.2/ Fondations profondes...71 II.2.1/ Généralités...71 II.2.2/ Caractéristiques des bétons de pieu pour répondre aux contraintes d exécution...71 II.2.3/ Technique de mise en œuvre...72 II.2.4/ Cas particulier des pieux moulés exécutés à la tarière creuse continue...72 III/ Le béton de sable en bâtiment...73 III.1. / Eléments peu ou non porteurs...73 III.1.1/ Blocs pleins ou creux...73 III.1.2/ Bandeaux Corniches Acrotères...73 D.E.A Sciences des materiaux

198 Table des matières sable béton de 2007 III.2. / Éléments de structures porteurs...73 III.2.1/ Poutres...73 III.2.2/ prédalles précontraintes...74 III.2.3/ Fonds de moules...74 III.3/ Eléments horizontaux...74 IV / Le béton de sable en voirie...76 IV.1. / Généralités...76 IV.2. / Domaine d application des bétons de sable...76 IV.3. / Caracteristiques demandées aux bétons de sable de voirie...77 IV.4. / Applications chaussées en béton dimensionnement...78 IV.4.1/ Chaussées à fort trafic : TO et Tl...78 IV.4.2 / Chaussées à trafic moyen : T3+ et T IV.4.3/ Chaussées à faible trafic: T6, T5, T4, T3 et pistes cyclables...80 IV.4.4 / Dimensionnement des chaussées en béton de sable...81 IV.5 / Application dallages industriels...82 IV.6 / Application équipements de voirie éxtrudés...82 IV.7 / Bétons de sable compactés pour chaussées...82 VI/ Ouvrages d art...83 VI.1/ Destinations et exigences pour les bétons d'ouvrages d'art...83 VI.2.1/ Fondations...83 VI.2.2/ Appuis...83 VI.2.3/ Tabliers...83 VII/ Accessoire de voirie et reseaux divers...83 IV.1/ Conduites d assainissement regards...83 IV.1.1/ Fabrication...84 IV.1.2/ Caractéristiques des produits...84 CONCLUSION...85 Partie : II ETUDE EXPERIMENTALE - APPLICATIONS...86 INTRODUCTION...86 CHAPITRE VIII / DESCRIPTION ET CARACTERISATION DES ESSAIS...87 I / Methodes experimentales...87 I.1/ Caracteristiques physiques...87 D.E.A Sciences des materiaux

199 Table des matières sable béton de 2007 I.1.1/ Teneur en eau naturelle...87 I.1.2/ Densités...87 I.1.3/ Granulométrie...88 I.1.4/ Equivalent de sable...88 I.1.5/ Surface spécifique...89 I.1.6/ Retrait...89 I.2/ Caracteristiques mecaniques...89 I.3 / Essai sur béton...89 I.3.1/ Essai sur béton frais...89 I.3.2/ Essai sur béton durcis...90 II / Caracteristiques des matières premières...91 II.1/ Sables...91 II.1.1/ Propriétés du sable de rivière II.1.2/ Propriétés du sable de rivière II.1.3/ Propriétés du sable de carrière...93 II.1.4/ Propriétés du sable de dunes...94 II.2/ Ciments...95 II.3/ Eau...96 II.4/ Les fillers...97 II.5/ Adjuvants...97 CHAPITRE IX / METHODES DE FORMULATION DES BÉTONS DE SABLE...98 Introduction...98 I/ Approche théorique de la formulation des bétons de sable...98 I.1/ La compacité et les méthodes de formulations des bétons...98 I.2/ Estimation du dosage en fines d'un béton de sable...99 I.3/ Porosité et dosage en eau d un béton de sable I.4/ Estimation du dosage en sable I.5/ Mesure de la résistance en compression II/ Méthode expérimentale de formulation II.1/ Présentation générale de la méthode expérimentale II.1.1/ Constituants des bétons de sable II.1.2/ Les différentes étapes de la formulation II.2/ Conduite pratique de la méthode expérimentale D.E.A Sciences des materiaux

200 Table des matières sable béton de 2007 II.2.1/ Détermination d'une formule de base sans fines d addition II.2.2/ Détermination du dosage en fines d'addition II.2.3/ Adaptation de la maniabilité à la mise en œuvre II.2.4/ Resistance CHAPITRE X / ESSAI DE FABRICATION DE BETON DE SABLE I / Par la méthode théorique de formulation I.1/ Organigramme de la methode de calcul théorique I.2/ Présentation du programme de calcul I.3/ Exemples de fabrication avec le sable de rivière I.4/ Résultats des éssais avec la méthode théorique I.5/ Representation graphique des résultas I.5.1/ Filler/C en fonction de C I.5.2/ RC28 en fonction de filler/c I.5.3/ RC28 en fonction du dosage en ciment C I.5.4/ K en fonction de Filler/C I.5.5/ Les valeurs de Filler/C et C correspondant à la valeur de RC28 maximum II/ Essai expérimental de formulation du béton de sable II.1/ Détermination d une formule de base sans fines d addition II.1.1/ Dosage en ciment II.1.2/ Dosage en eau et en vide du béton II.1. 3/ Détermination du dosage en sable II.1. 4/ Réglage de la maniabilité et du rendement de la formule II.1. 5/ Détermination du dosage en filler IV/ Exemples de dimensionnement de chaussée IV.1.1/ Les données : IV.1/ Exemple : IV.1.1/ Données : IV.1.2/ Résultats IV.2/ Exemple : IV.2.1/ Données IV.2.2/ Résultats V/ Quelques exemples de composition du béton de sable d après nos essais V.1./ Poutres D.E.A Sciences des materiaux

201 Table des matières sable béton de 2007 V.2/ Pieu type B V.3/ Eléments peu ou non porteur V.4/ Dallage industrielle VI/ Remarque CHAPITRE XI / AVANTAGES ET LIMITE D EMPLOI DES BETONS DE SABLE I / Avantages des bétons de sable I.1/ L'ouvrabilité I.2/ Qualité d'aspect I.3/ Homogénéité Cohésion I.4/ Les applications privilègiees I.4.1/ Les bétons non vibrés I.4.2/ La projection I.4.3/ les travaux en immersion : I.4.4/ La préfabrication d'éléments destinés à rester apparents : I.5/ Intérêt économique I.5.1/ Ressource locale en matière première I.5.2/ Abaissement de prix de revient II/ Limites d emploi II.1/ Limites inhérentes à la nouveauté II.2/ Contraintes de formulation II. 3/ Les performances II.3.1/ Performances, mécaniques II.3.2/ Autres performances II.3.4/ Les coûts CONCLUSION GENERALE 162 BIBLIOGRAPHIE...1 ANNEXES... D.E.A Sciences des materiaux

202 NOM : RAKOTONIAINA PRENOM : Volasolo THEME : CONTRUBITION A L ETUDE DU BETON DE SABLE- APPLICATIONS Nombre de pages : 162 Nombre de tableaux : 42 Nombre de figures : 49 RESUME Le béton de sable fait partie des nouveaux matériaux de génie civil. Il permet de valoriser des ressources minérales naturelles. Le béton de sable ouvrable et de bonne résistance mécanique peut être utilisé à l exemple du béton traditionnel, si on maitrise les proportions de divers constituants. Des multiples essais ont permis de déceler les différences entre les résistances théoriques et les résistances expérimentales. Afin de réduire la marge d erreur, une correction au niveau de la constante de prise en compte des fillers a été faite. Le béton de sable présente plusieurs atouts comme que sa maniabilité et son ouvrabilité. Son utilisation connaît aussi des limites ABSTRACT The sand concrete is among the new materials of civil engineering. It allows to increase the value of the natural mineral ressources. The workable and good mechanical resistance sand concrete can be used like the traditional concrete if the adjustment of constituent proportion is mastered. Several tests allow us to increase differences between theoretical resistances and experimental resistance. In order to minimize the margin of error, corrections for the filler constant should be dealt with. The sand concrete has a number of assets, such as its workability. Its use also has limits. Mots clés : Béton de sable, sable, formulation, ouvrabilité, application, chaussée, utilisation, fabrication Rapporteur : Professeur RANAIVONIARIVO Gabriely Adresse : LOT II 46 MA Bis Ampanotokana Antananarivo Téléphone :