ETUDE DU COMPORTEMENT MÉCANIQUES DES BÉTONS À BASE DES SABLES DE CARRIERE MODIFIES AVEC SABLE DE DUNE ET SABLE D OUED : EXPÉRIMENTATION ET NUMÉRISATION Mlk Khouadjia, B Mezghiche, M Drissi To cite this version: Mlk Khouadjia, B Mezghiche, M Drissi. ETUDE DU COMPORTEMENT MÉCANIQUES DES BÉTONS À BASE DES SABLES DE CARRIERE MODIFIES AVEC SABLE DE DUNE ET SABLE D OUED : EXPÉRIMENTATION ET NUMÉRISATION. The 3rd International Workshop on Waste Management and Sustainable Development, Oct 215, Tanger, Maroc. The 3rd International Workshop on Waste Management and Sustainable Development 215. <hal-129784> HAL Id: hal-129784 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-129784 Submitted on 2 Apr 216 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
ETUDE DU COMPORTEMENT MÉCANIQUES DES BÉTONS À BASE DES SABLES DE CARRIERE MODIFIES AVEC SABLE DE DUNE ET SABLE D OUED : EXPÉRIMENTATION ET NUMÉRISATION M.L.K KHOUADJIA* 1, B. MEZGHICHE 2 DRISSI Mounsif 3 1, 2,3 Laboratoire de recherche en Génie Civil (LRGC), Département de Génie Civil et Hydraulique, Université Mohamed Kheider Biskra, Algérie *Corresponding Author. E-mail : khouadjia.lyes@gmail.com Résume La demande croissante envers l utilisation des granulats s est accentuer ces dernières années vues les progrès que connais le domaine du génie civil. Cette forte demande a encouragé l utilisation des matériaux locaux (sable concassé) pour fabriquer des bétons économiques et durables. Ces sables sont peu utilisés en raison du taux élevé en fines qu ils contiennent et qui engendre des défauts dans les propriétés des bétons. L objectif de ce travail est d évaluer expérimentalement l'influence des sables concassé, sur le comportement mécanique des bétons. Une correction des distributions granulaires avec du sable de dune et sable d oued sera réalisée. Les expérimentations ont été validées par la comparaison des résultats expérimentaux et numériques issus du logiciel de formulation du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC) «Béton Lab Pro3». Mots-clefs: Béton, sable de carrière, comportement mécanique, sable de dune, sable d oued, Béton Lab Pro3. 1. Introduction : Les agrégats sont une constituante fondamentale dans la construction résidentielle et les travaux publics. La consommation d'agrégats est particulièrement des sables augmente. Ce qui engendre une diminution des réserves naturelles. Les différences dans les propriétés (teneur en fine, distribution granulaire) des sables et particulièrement des sables concassés ne permettent pas de disposer d une approche suffisamment fiable pour prédire le comportement des bétons [1-2]. Par conséquent, différents travaux ont vu le jour concernant l utilisation des sables concassés seul ou modifiés. L analyse des travaux publiés a permis d aboutir au fait que la teneur en fines optimale des sables concassés doit êtres comprise entre 1 % à 15 % [3-6].
D autres travaux ont été réalisés pour l usage du sable de désert (dune) ou sable de rivières en substitue à du sable de carrière. Les travaux de [7,8] ont montré que l incorporation du sable de désert dans le sable de concassage améliore les résistances mécaniques, tant que le pourcentage de sable de désert remplacé et inférieur à 15 %, un excès de fines sera constaté au-delà de ce pourcentage. D autre par [9,1], ont montré que les meilleures résistances mécaniques été obtenu pour une substitution de 3 % sable de rivière et 7 % sable concassé. Cela a été expliqué par la diminution du volume des vides suite à l incorporation du sable de rivière. C est dans ce contexte que notre étude s inscrit par l établissement d un programme expérimental dont le but est d obtenir des résultats qui pourront améliorer l état de connaissance des performances mécanique des bétons avec sable non modifiés et modifiés avec sable d oued et sable de dune. Enfin, la comparaison des résultats expérimentaux des résistances mécaniques avec les résultats issus du logiciel Béton Lab Pro 3 viendra compléter cette étude. 2. Identification et préparation des matériaux : 2.1. Ciments : Ciment Portland CPA-CEM I 42.5/N (SOTACIB Kairouan- Tunisie) et ayant une finesse de 3581.5 cm 2 /g. Les compositions chimiques et minéralogiques du ciment sont présentées dans les tableaux 1 et 2 : 2.2. Granulats : Tableau 1 : Composition chimique du ciment (%) SiO 2 AL 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO SO 3 MgO CIMENT 2.4 5.53 3.54 61.6 2.38 1.73 Tableau 2 : Composition minéralogique du ciment (Bogue) C 3 S C 2 S C 3 A C 4 AF POURCENTAGE 51.19 19.88 8.667 1.773 Les sables utilisés proviennent de deux stations d exploitations de sable de carrières algériennes (S1, S2, S3). Un sable de dune «SU» et un sable d oued «ST» ont aussi été utilisés en vue d une correction de la distribution granulaire. Deux fractions de graviers (8/16 et 16/25 mm) été utilisés. Leur coefficient de Los Angeles = 26.4%. Toutes les propriétés ont été mesurées suivant les normes en vigueur à savoir : NF P18-553-554-555, NF P18-56, NF P18-573, NF P18-597-598. Les compositions chimiques et les propriétés physiques sont présentées dans les tableaux 4, 5. Les résultats de l analyse granulométrique des granulats sont présentés sur la courbe de la figure1.
Tableau 4 : Composition chimique des sables (%) DESIGNATION SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO K 2 O SO 3 Cl Na 2 O MgO S1 S2 S3 SU ST 1.82 1.49 1.43 86.45 55.8.4.37.32.39.32.27.2.25 1.47.6 58.13 57.77 57.67 9.42 2.15.6.14.15.13.6.2.2.17.17.18.2.28 Tableau 5 : Propriétés physiques des sables Désignation Equivalent de sable (%) Teneur en fines (%) Module de finesse S1 S2 S3 SU ST 86.82 % 78.76 % 85.87% 95.96% 64.89% 7.26 1.14 14.8 / 1.62 2.949 2.785 2,953,57 2.235 Figure 1 : Courbe granulométrique des granulats utilisés 2. 3. Formulation des éprouvettes élaborées : Les compositions pour 1m 3 de béton (rapport E/C =.5) sont présenté dans tableau 6. La confection et la conservation des éprouvettes a été faite suivent la norme NF P18-45. Tableau 6 : Formulation des bétons avec les sables concassés non modifiés et modifiés avec du sable de dune et sable d oued (E/C =.5) TYPE DE BETON S1 1% S1 9%+SU 1% S1 8%+ST 2% S2 1% S2 9%+SU 1% S2 8%+ST 2% S3 1% S3 9%+SU 1% S3 8%+ST 2% E/C.5.5.5.5.5.5.5.5.5 CIMENT (kg/m 3 ) 35 35 35 35 35 35 35 35 35 EAU (l/m 3 ) S (kg/m 3 ) 684.25 576.8 54.74 671.84 589.98 527.13 79.36 68.34 542.9 SU ST G (8/16) G (16/25) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) / / 388.35 776.71 64.1 / 414.18 828.36 / 135.18 375.12 768.11 / / 391.9 82.48 65.55 / 412.5 85.37 / 131.78 393.98 77.7 / / 373.34 784.3 67.59 / 413.7 788.58 / 135.72 394.47 753.9
3. Discussions des résultats expérimentaux et numériques : 3.1. Résistances mécaniques : Les bétons ont été soumis à des essais d écrasement pour la détermination des résistances à la compression à 7 et 28 jours. Le logiciel Béton Lab Pro3 fournit uniquement les résultats numériques des résistances à la compression à 7 et 28 jours. Ces résultats sont données dans les figures 2 et 3 et 4: Figure 2 : Résistance à la compression du sable S1 non modifies et modifiés avec sables de dune et sable d oued Figure 3 : Résistance à la compression du sable S2 non modifies et modifiés avec sables de dune et sable d oued Figure 4 : Résistance à la compression expérimentale du sable S3 non modifies et modifiés avec sables de dune et sable d oued 3.1.1. Comparaison des résultats expérimentaux : L utilisation des sables de carrières sans modification montre que le sable «S3» avec une grande teneur en fines (14.8%) donne les meilleures performances mécaniques suivies du sable «S2» qui a une teneur en fine inférieur (1.14%). De ce fait, la teneur en fines des sables n été pas toujours le paramètre ayant le plus d influence sur le comportement des bétons. D autre part, la substitution de 1 % de sable de dune ou de 2 % de sable d oued, n a pas engendré une amélioration des résistances mécaniques pour les sables avec une grande
teneur en fine «S2 et S3» (figure 3, 4). Cela a été expliqué par une grande augmentation de la finesse des sables suite à l ajout de particule fine (sable de dune ou sable d oued). Cependant, le sable «S2» qui a une teneur en fine inférieure aux deux autres sables (7.26%) a subi une amélioration de la résistance suite à l incorporation du sable de dune, ce qui confirme la nécessité d éléments fins dans les sables qui permettent de remplir les vides inters granulaires. 3.1.2. Comparaison entre résultats expérimentaux et numériques : La comparaison des résultats expérimentaux et numériques fournis par le logiciel de formulation «Béton Lab Pro3» à 7 et 28 jours montre une variation allons de à 2 % (1 Mpa). Dans le cas des sables modifiés avec sable de dune ou sable d oued une variation maximale inférieure à 15 % été constaté. La différence entre les résultats expérimentaux et numériques permet d ouvrir une nouvelle perspective sur l analyse de l influence des différents paramètres (nature minéralogique, distribution granulaire, teneur en fine) pris en compte par le logiciel de formulation «Béton Lab Pro3» 4. Conclusion: - La teneur en fines des sables, n est pas le paramètre ayant le plus d influence sur le comportement mécanique des bétons. - La possibilité d utiliser les sables avec un taux de fines élevé. - La substitution du sable de dune ou sable d oued dans les sables à forte teneur en fines engendre une baisse de résistance engendre une baisse de résistance. - La substitution du sable de dune ou sable d oued dans les sables à faible teneur en fines engendre une augmentation de la résistance suite au remplissage des vides inter-granulaire. - L étude numérique avec le logiciel «Béton lab Pro3» nous a permis de constater une différence maximale allant jusqu'à 2 %. Cette différence est attribuée à la non-considération de certains paramètres par le logiciel de formulation. 5. Références bibliographiques : [1] Khouadjia.MLK, Mezghiche.B, «Etude expérimentale et numérique des propriétés à l état frais et durci des bétons à base des sables de carrières», volume : 1, Article INVACO 3: séminaire international, innovation & valorisation en Génie civil & matériaux de construction, 17 et 18 Novembre 214, pp.87-92. [2] Khouadjia.MLK, Mezghiche.B, Drissi Mounsif «Évaluation expérimentale et numérique du comportement mécanique des bétons à base des sables de carrières», 1ère Conférence Internationale sur la Mécanique des Matériaux et des Structures MSM 214- Marrakech 19,2,21 Novembre 214. pp.415-42.
[3] Cabrera. O.A, Traversa. L. P, Ortega.N. F, «Fluidez de morteros cementiceos con arenas machacadas, Flowability in crushed sand mortar», Materiales de Construccion Vol 6, 21, pp. 115-13. [4] Joudi.I, Lecomte.A, Ben Ouezdou.M, «Influence des sables de concassage à différents taux de filler sur les performances mécaniques des bétons», Article INVACO 2: séminaire international, innovation & valorisation en Génie civil & matériaux de construction, n : 1-311,211. [5] Mikael.W, Lagerblad. B, Silfwerbrand.J, Forssberg. E «Influence of fine aggregate characteristics on the rheological properties of mortars», Cement and Concrete Composites, Vol 3(4), 28, p.274-282. [6] Akrout.K, Mounanga.P, Ltifi.M, Ben Jamaa.N «Rheological, Mechanical and Structural Performances of Crushed Limestone Sand Concrete», International Journal of Concrete Structures and Materials, Vol 4, No.2, 21, pp.97-14. [7] Rmili.A, Ben Ouezdou.M, Added. M, Ghorbel.E «Incorporation of Crushed Sands and Tunisian Desert Sands in the Composition of Self Compacting Concretes», Part II: SCC Fresh and Hardened States Characteristics International Journal of Concrete Structures and Materials, Vol 3(1),29, pp.11-14. [8] Bederina.M, Makhloufi.Z, Bounoua.A, Bouziani.T, Queneudec.M «Effect of partial and total replacement of siliceous river sand with limestone crushed sand on the durability of mortars exposed to chemical solutions»,construction and Building Materials Vol 47, 213, pp.146 158. [9] Rmili.A, Mongi Ben Ouezdou, Mhamed Added, and Elhem Ghorbel, «Incorporation of Crushed Sands and Tunisian Desert Sands in the Composition of Self Compacting Concretes», Part II: SCC Fresh and Hardened States Characteristics, International Journal of Concrete Structures and Materials, Vol.3, No.1, pp. 11~14, June 29. [1] Balapgol, B. et Kulkarni, S. A. «Strength and durability of concrete with Crushed sand». In : 27th Conference on our world in concrete & structures. 22. p. 179-189.