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Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 50. 49. 28. 00 - Fax : (+226) 50. 49. 28. 01 - Mail : [email protected] - www.2ie-edu.org
MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU
MASTER EN INGENIERIE DE L’EAU ET DE L’ENVIRONNEMENT
OPTION : GENIE CIVIL
------------------------------------------------------------------
Présenté et soutenu publiquement le 26 janvier 2016 par
Waaki Mendékizi TCHOHOU
N° 2012 0156
Travaux dirigés par :
Dr Adamah MESSAN, Enseignant chercheur au 2iE
M. Agbévidé K. KOKOLE, Chef des travaux Génie Civil au LEMC
M. Edem Y. BAITE, Doctorant au 2iE
M. Batakpa E. BLAKIME, Chef service Matériaux du LNBTP-TOGO
Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics (LNBTP- TOGO)
Jury d’évaluation du stage :
Président : Dr Abdou LAWANE GANA
Membres et correcteurs : M . M o u s s a L O
M. Celestin OVONO
M. Makiètyn Césaire HEMA
Promotion [2014/2015]
ETUDE COMPARATIVE DES
CARACTERISTIQUES PHYSICO-
MECANIQUES DES CIMENTS CPJ35
PRODUITS ET UTILISES AU TOGO
ETUDE COMPARATIVE DES CARACTERISTIQUES PHYSICO-MECANIQUES DES CIMENTS CPJ35 PRODUITS ET UTILISES AU TOGO
Institut International d’Ingénierie Waaki Mendékizi TCHOHOU
i
CITATION
« All birds find shelter during the rain. But eagle avoids
rain by flying above the clouds. »
A P J Abdul Kalam
ETUDE COMPARATIVE DES CARACTERISTIQUES PHYSICO-MECANIQUES DES CIMENTS CPJ35 PRODUITS ET UTILISES AU TOGO
Institut International d’Ingénierie Waaki Mendékizi TCHOHOU
ii
REMERCIEMENTS
Nous tenons à exprimer tous nos remerciements aux personnes qui ont contribué de près ou de
loin à la réalisation de ce mémoire et tout particulièrement :
Monsieur Constantin T. AMOUZOU, Président Directeur Général de CECO
GROUP, pour sa sollicitude à l’endroit de la jeunesse togolaise en général et à mon
endroit, en particulier;
Monsieur Norbert T. KONDO, Directeur Général Adjoint de CECO BTP S.A, pour
sa disponibilité et son accompagnement ;
Monsieur Yves M. TAGBA, le Directeur des Etudes de CECO BTP S.A ;
Mr Gracien ASSOUKA, tous mes collègues Ingénieurs de CECO BTP et tout le
personnel, pour leur soutien ;
Monsieur Bawubadi M. TCHAMDJA, Directeur Général du LNBTP TOGO, pour
m’avoir permis de travailler au LNBTP;
Monsieur Batakpa Edouars BLAKIME, Chef Service Matériaux du LNBTP-TOGO,
pour sa grande disponibilité à nous écouter et à nous aider ;
Monsieur Jamarlou FELIGA, Madame Diane FAWIE, mes amis stagiaires et tout
le personnel du LNBTP, pour leurs aides diverses, dans la réalisation de ce travail,
Monsieur Adamah MESSAN, Responsable du LEMC 2iE, pour avoir accepté diriger
ce travail ;
Monsieur Agbévidé K. KOKOLE, Chef des travaux Génie Civil LEMC 2iE, pour
avoir accepté codiriger ce travail ;
Mr Edem BAITE, Ingénieur en génie civil et doctorant au LEMC 2iE pour sa proximité
et pour avoir accepté codiriger ce travail avec beaucoup d’enthousiasme et de rigueur ;
Mr Dagou HOULJAKBE et tous mes collègues promotionnaires, pour leurs
collaborations multiformes ;
Tous les membres du corps professoral du 2iE, pour leurs connaissances transmises,
Mlle Yayra AGBOKOU et Mlle Eyram AGBOKOU, pour leur soutien,
A toute la famille TCHOHOU et Alliés et particulièrement à Mr TCHOOU Timbalou
Kézéré et Mme AVUGLA Abravi épouse TCHOOU et aussi à Mr Egbarè Yazas
TCHOHOU et Mme Padanani AWADE épouse TCHOHOU, pour leur soutien
indéfectible et leur présence aimante.
Que chacun, trouve ici l’expression sincère de ma plus grande gratitude.
Institut International d’Ingénierie Waaki Mendékizi TCHOHOU
ETUDE COMPARATIVE DES CARACTERISTIQUES PHYSICO-MECANIQUES DES CIMENTS CPJ35 PRODUITS ET UTILISES AU TOGO
iii
RESUME
Le présent travail traite d’une étude comparative des caractéristiques physico-mécaniques des
ciments CPJ35 produits et utilisés au TOGO et dans la sous-région. En effet, face à la politique
d’intégration et de valorisation des produits de la sous-région prônée par les organismes sous -
régionaux, plusieurs cimentiers (03) se sont installés au Togo et proposent leurs produits dont
les caractéristiques sont le plus souvent méconnues des consommateurs.
Afin de mener à bien cette étude, nous avons effectué plusieurs essais sur les ciments CPJ35 de
CIMTOGO, FORTIA et DIAMANT. En effet, ces essais ont été réalisés sur le béton et le
mortier à l’état frais et à l’état durci et également sur la pâte normalisée de ciment. On peut
citer : les essais de prise et de stabilité réalisés sur la pâte de ciment. Ainsi nous avons des
stabilités qui varient de 0.5 à 0.8 mm. Nous pouvons alors conclure que nous avons des ciments
très stables [17] et que CIMTOGO ET FORTIA ont un temps de prise moyen de 2h59min
inférieur à celui de DIAMANT qui tourne au tour de 3h30min. Sur le béton à l’état frais, nous
avons vérifié l’affaissement qui détermine l’ouvrabilité du béton et évalué la densité du béton
frais. A l’état durci, nous avons effectué les essais de flexion sur les mortiers et également les
essais de compression sur les mortiers et les bétons. Ainsi nous avons obtenu à 28 jours, les
meilleures résistances à la compression sur le béton ainsi que sur le mortier de FORTIA qui
sont respectivement 37,19 MPa sur le mortier et 27,03 MPa sur le béton. Notons que pour nos
études, le béton est dosé en ciment à 350kg/m3 suite au calcul et la composition du mortier est
fait sur la base des rapports massiques E/C et S/C (E/C = 0,5 et S/C=3) [19]. Nous avons alors
pu constater en comparant les résultats obtenus aux valeurs minimales de la norme que les
ciments étudiés ont de bonnes résistances et peuvent être utilisés en maçonnerie et pour des
ouvrages n’exigeant pas de grande résistance.
Mots Clés :
1 - Ciment
2 - Compression
3 – CPJ35
4 - Béton
5 - Mortier
ETUDE COMPARATIVE DES CARACTERISTIQUES PHYSICO-MECANIQUES DES CIMENTS CPJ35 PRODUITS ET UTILISES AU TOGO
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iv
ABSTRACT
The present work deals with a comparative study of the physical-mechanical characteristics of
different types of cement CPJ35 produced used in Togo and sub-region. Indeed the recent
policy of integration and promotion of products in the sub-region has allowed some
manufacturers (03) to settle in Togo and propose their products whose characteristics are most
often ignored by consumers.
In order to handle this work correctly, we conducted several tests on cements CPJ35 of
CIMTOGO, FORTIA and DIAMOND. These trials were carried out on fresh and cured
concrete, mortar, and also on a normalize cement paste. Indeed these trials are: the setting of
concrete test, and the stability test carried out on pure cement paste. Thus we got the stability
values within the range of 0,5 to 0,8 mm which allow us to conclude that we have very stable
cements [17]. The average setting time of the cement from CIMTOGO and FORTIA is 2h59
which is less than the ones coming from DIAMOND, roughly about 3h30. On fresh concrete
we checked the density and the slump which specify the workability of concrete. In harden
state, we tested the bending of mortar and the compression of both mortar and concrete. Thus
we obtained at 28 days the best compressive strength on both concrete and mortar coming from
FORTIA with respective values of 27,03 MPa and 37,19 MPa. Note that for our studies,
concrete is dosed in cement with 350kg/m3 after the calculation and the mortar composition is
made on the basis of weight ratios W / C and S / C ( W / C = 0,5 and S / C = 3). We noticed
when comparing the obtained results to the minimum values given by the code that the cements
studied have good strength and can be used for masonry work and less stressed constructions.
Kee words :
1 - Cement
2 - Compression
3 - CPJ35
4 - Concrete
5 - Mortar
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ETUDE COMPARATIVE DES CARACTERISTIQUES PHYSICO-MECANIQUES DES CIMENTS CPJ35 PRODUITS ET UTILISES AU TOGO
v
LISTE DES ABREVIATIONS
2iE : Institut International de l’Ingénierie de l’Eau et de l’Environnement
A/C : rapport Adjuvant sur Ciment
Aff : Affaissement
Cc : Coefficient de courbure
CPA : Ciment Portland Artificiel
CECO BTP : Consortium des Entreprises de Construction en Bâtiment et Travaux Publics
CPJ : Ciment Portland Composé
Cu : Coefficient d’uniformité
E/C = W/C : rapport massique Eau sur Ciment (w = water ; c = cement)
Esp : Equivalent de Sable au piston
Fc28 : résistance caractéristique du béton à 28 jours
FCE : classe vraie de ciment
G : coefficient granulaire
LA : coefficient Los Angeles
LEMC : Laboratoire Eco Matériau de Construction
LNBTP : Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics
MPa : Méga pascal
MDE : Micro Deval à l’eau
MdF : Module de Finesse
S : Seconde
S/C : rapport massique Sable sur ciment (s = sand ; c = cement)
t : Tonne
TDE : Togolaise des Eaux
TPS : Temps
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1
TABLE DES MATIERES
CITATION ............................................................................................................................. 1
REMERCIEMENTS .............................................................................................................. 2
RESUME ................................................................................................................................ 3
ABSTRACT ........................................................................................................................... 4
LISTE DES ABREVIATIONS .............................................................................................. 5
TABLE DES MATIERES ..................................................................................................... 1
LISTE DES FIGURES ........................................................................................................... 2
LISTE DES TABLEAUX ...................................................................................................... 4
INTRODUCTION GENERALE ................................................................................................ 5
CHAPITRE I :Synthèse bibliographique ................................................................................... 7
I.1. Le Ciment ......................................................................................................................... 7
I.1.1. Définition .................................................................................................................. 7
I.1.2. Constituants des ciments courants ............................................................................ 7
I.1.3. Méthode de fabrication du ciment .......................................................................... 11
I.1.4. Principe de fabrication des ciments courants .......................................................... 13
I.1.5. Les différents types de ciments ............................................................................... 14
I.1.6. Les différents types de ciments utilisés au TOGO .................................................. 16
I.2. Béton et Mortier ............................................................................................................. 17
I.2.1. Définition ................................................................................................................ 17
I.2.2. Propriété du béton ................................................................................................... 18
I.2.3. Classification des bétons ......................................................................................... 19
I.2.4. La formulation du béton .......................................................................................... 20
I.2.5. Le Mortier ............................................................................................................... 21
I.3. Rhéologie des matériaux cimentaires : le béton et le mortier ........................................ 22
I.4. Conclusion partielle ....................................................................................................... 23
CHAPITRE II : Matériels et Méthodes .................................................................................... 24
II.1. Présentation de la structure d’accueil et du laboratoire d’accueil ................................ 24
II.1.1. Présentation de la structure d’accueil : CECO BTP ................................................ 24
II.1.2. Présentation du laboratoire d’accueil : LNBTP ...................................................... 25
II.2. Caractérisation des matériaux ....................................................................................... 26
II.2.1. prélèvement d’échantillons .................................................................................... 26
II.2.2. Les propriétés générales des granulats .................................................................. 27
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2
II.2.2. Les Propriétés mécaniques et physiques des granulats ......................................... 32
II.3. Dispositifs expérimentaux ............................................................................................ 37
II.3.1. Elaboration des Bétons et Mortiers ....................................................................... 37
II.3.2. Essais sur le ciment ................................................................................................ 38
II.3.3. Caractérisation du mortier à l’état frais et a l’etat durcis....................................... 44
II.3.4. Caractérisation du beton à l’état frais et a l’etat durcis ......................................... 46
II.4. Conclusion partielle ...................................................................................................... 50
CHAPITRE III : Résultats et Discussions ................................................................................ 51
III.1. Essais sur le ciment ..................................................................................................... 51
III.1.1. Ecoulement au cône de Marsh.............................................................................. 51
III.1.2. Temps de prise sur la pâte normalisé de ciment ................................................... 52
III.1.3. Stabilité ou expansion sur le ciment ..................................................................... 53
III.2. Mortier a l’état durci ................................................................................................... 54
Flexion et compression ..................................................................................................... 54
III.3. Béton à l’état frais et a l’etat durcis ............................................................................. 56
III.3.1. Béton à l’état frais ................................................................................................ 56
III.3.2. Béton a l’état durci ............................................................................................... 57
III.4. Etude comparative et canevas d’élaboration de fiche technique ................................. 60
III.4.1. Etude comparative ................................................................................................ 60
III.4.2. Canevas d’élaboration de fiche technique ............................................................ 63
CONCLUSION GENERALE .................................................................................................. 65
Bibliographie ............................................................................................................................ 67
ANNEXES ............................................................................................................................... 69
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3
LISTE DES FIGURES
Figure 1: Le processus de fabrication du ciment [21] .............................................................. 12
Figure 2: Etape de fabrication du ciment [2] ............................................................................ 13
Figure 3 : Opération de quartage [19] ...................................................................................... 27
Figure 4 : Série de tamis utilisés pour l'analyse granulométrique par tamisage ...................... 28
Figure 5 : Courbe granulométrique de CIMTOGO .................................................................. 29
Figure 6 : Courbe granulométrique de DIAMANT ................................................................. 30
Figure 7 : Courbe granulométrique de FORTIA ...................................................................... 30
Figure 8: Agitateur mécanique d'équivalent de sable. .............................................................. 32
Figure 9:Appareil pour essai Los Angeles ............................................................................... 33
Figure 10: Appareil micro Deval en présence d'eau ................................................................ 34
Figure 11: Bocaux pour la détermination de la masse volumique apparente du sable, des
graviers et le cône pour le ciment ............................................................................................. 35
Figure 12: Eprouvette graduée et pycnomètre pour la mesure de la masse volumique spécifique
.................................................................................................................................................. 36
Figure 13: Courbe de béton et pourcentage de granulats entrant dans la composition du béton
.................................................................................................................................................. 37
Figure 14 : Appareil de Vicat muni de la sonde de 10 mm de diamètre .................................. 40
Figure 15 : Dimension du Cône de Marsh [34]. ....................................................................... 41
Figure 16 : Eprouvette Le Chatelier contenant de la pâte de ciment à consistance normalisée
.................................................................................................................................................. 42
Figure 17 : Appareil de Vicat équipé d'une aiguille de 1,13mm pour l'essai de prise ............. 43
Figure 18 : Appareil à choc surmonté du moule 4×4×16, sable normalisé et le malaxeur
normalisé .................................................................................................................................. 44
Figure 19 : Appareil pour les essais de flexion et de compression sur le mortier .................... 45
Figure 20 : Dispositif pour l'essai de résistance à la flexion [19] ............................................ 45
Figure 21: dispositif de rupture en compression [19] .............................................................. 46
Figure 22 : Mesure de l'affaissement et le cône d'Abrams et ses accessoires .......................... 47
Figure 23: Moule 16cm × 32cm et bac de maturation des bétons ............................................ 48
Figure 24 : Eprouvettes de béton surfacée au mortier de soufre .............................................. 49
Figure 25: Presse à béton de capacité 3000 kN ........................................................................ 50
Figure 26 : Temps d’écoulement (en secondes) des différents ciments étudiés ...................... 51
Figure 27: Temps de prise des différents types de ciments étudiés ......................................... 52
Figure 28: Stabilité des différents ciments étudiés ................................................................... 53
Figure 29 : Résistance en flexion sur mortier à différents jours de maturation ...................... 54
Figure 30 : Résistance en compression sur mortier à différents jours de maturation ............. 55
Figure 31: Valeurs des affaissements des bétons frais ............................................................. 56
Figure 32: Valeurs des densités des bétons frais ...................................................................... 57
Figure 33 : Masse volumique semi humide du béton durci en fonction de l’âge de maturation
.................................................................................................................................................. 58
Figure 34 : Résistance à la compression sur béton à différents jours de maturation ............... 59
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4
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1: les différents types de ciments [4] .......................................................................... 15
Tableau 2: Spécification et valeurs garanties en fonction de la classe [19]. ............................ 16
Tableau 3: Eléments caractéristiques du sable et du gravier .................................................... 29
Tableau 4 :D50 et coefficients de courbures des ciments étudiés ............................................ 31
Tableau 5: Equivalent de sable au piston ................................................................................. 32
Tableau 6: Coefficient de los Angeles et MDE suivant la classe granulaire 10/14 ................. 34
Tableau 7: Masse volumique apparente du sable, des graviers et des ciments ........................ 35
Tableau 8: Masse volumique spécifique du sable, des graviers et des ciments étudiés ........... 36
Tableau 9: Dosage du mètre cube de béton et quantité des constituants ................................. 38
Tableau 10 : Finesse Blaine des ciments étudiés ..................................................................... 39
Tableau 11 : Récapitulatif des quantités de ciment et d’eau permettant d’obtenir une pâte de
ciment normalisée .................................................................................................................... 40
Tableau 12 : Proportion de matériaux pour la confection du coulis ........................................ 42
Tableau 13 : Résistance minimale garantie par la norme NF EN 197-1 .................................. 61
Tableau 14 : Résistance à la compression des différents ciments étudiés ............................... 61
Tableau 15 : Tableau d’emploi des divers types de ciments étudiés ....................................... 62
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5
INTRODUCTION GENERALE
Les grecs, dans le souci de réaliser de grandes constructions durables qui pouvaient résister aux
intempéries, sont les premiers à utiliser la chaux obtenue par cuissons dans la construction. Les
italiens leur ont alors emboité le pas en améliorant ce liant en y ajoutant de la cendre volante et
des briques pilées. Ainsi, ils ont pu obtenir un liant hydraulique intermédiaire à la chaux et au
véritable ciment. Ce liant hydraulique obtenu a servi à construire des ouvrages qui existent
encore en Italie, vingt (20) siècles plus tard. C’est seulement au XVIIIème siècle que les
premières chaux, proches des ciments modernes et réalisées par des procédés de cuissons, vont
apparaitre en Europe. En 1817, le français Louis Vicat, considéré comme l’inventeur du ciment
moderne, va découvrir les principes chimiques des ciments hydrauliques et proposer des règles
de fabrication de ces derniers. Notons que le ciment vient du mot latin «caementum» qui signifie
mortier, liant des maçonneries [33].
Le ciment, liant hydraulique est une poudre minérale qui, au contact de l’eau forme une pâte
qui fait prise et qui durcit progressivement même à l’abri de l’air notamment sous l’eau. On
distingue plusieurs types de ciments en fonction de leurs compositions chimiques, leurs classes
de résistances et bien d’autres types en fonction des matières premières. Notons que le ciment
est l’un des matériaux les plus consommés au monde et l’un des principaux composants du
béton et du mortier.
La politique d’intégration sous-régionale ouest africaine afin de faciliter la libre circulation des
biens et services couplée au développement socio-économique a favorisé l’installation de divers
industries et commerces dans nos pays. En effet, ces industries livrent sur le marché des produits
dont les caractéristiques sont méconnues le plus souvent par les utilisateurs.
Le cas des matériaux de construction surtout le ciment, s’accélère par l’installation de plusieurs
cimenteries (03) au Togo, mettant du coup les opérateurs économiques et les promoteurs
immobiliers dans un embarras de choix. Face à cette dynamique sans cesse croissante, les
acteurs du BTP et les laboratoires ne doivent pas rester en marge. C’est dans ce contexte que
nous abordons dans ce projet de fin d’étude « l’ETUDE COMPARATIVE DES
CARATERISTIQUES PHYSICO-MECANIQUES DES CIMENTS CPJ35 PRODUITS
ET UTILISES AU TOGO » en vue de contribuer à la mise en place d’une fiche technique
adéquate pour faciliter l’utilisation des ciments CPJ35 au Togo.
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6
En effet, nos travaux nous permettrons de déterminer les caractéristiques physico-mécaniques
des ciments CPJ35 fabriqués et utilisés au Togo. Ainsi nous pourrons vérifier les prescriptions
des différents producteurs. Par ailleurs, ces travaux nous permettrons de proposer des fiches
techniques des différents ciments CPJ35 étudiés. Ces dernières éclaireront mieux les
consommateurs dans leurs choix pour la réalisation de leurs ouvrages et exhorteront les
producteurs à maintenir ou à améliorer la qualité de leurs ciments.
Pour parvenir à cet objectif d’étude comparative et proposer les fiches techniques
susmentionnées, nous nous proposons d’aborder le sujet selon un plan de travail comportant les
chapitres suivants :
Un premier chapitre nommé synthèse bibliographique dans lequel nous présenterons
des généralités sur le ciment (principe de fabrication, différents types de ciments qui
existent et ceux utilisés au Togo), sur le mortier et sur le béton ;
Un second chapitre nommé matériel et méthode dans lequel nous présenterons les
propriétés physiques et mécaniques des différents granulats utilisés. Par ailleurs, ce
chapitre présentera également les protocoles expérimentaux des études effectué sur le
ciment, le béton et le mortier ;
Un troisième chapitre dans lequel nous présenterons les résultats obtenus que nous
discuterons afin de pouvoir tirer des conclusions permettant d’atteindre la finalité visée.
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7
CHAPITRE I :SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
Dans ce chapitre consacré à la synthèse bibliographique, il sera d’abord question de donner un
aperçu sur le ciment, sa fabrication et les différents types de ciments. Nous évoquerons ensuite
les différents ciments utilisés au Togo et les cimenteries du Togo. Enfin il sera également
question des propriétés essentielles des bétons et des mortiers.
I.1. LE CIMENT
I.1.1. DEFINITION
Les ciments sont des liants hydrauliques constitués de poudres fines, qui, si on leur ajoute de
l’eau, forment une pâte capable par l’hydratation de faire prise et de durcir progressivement au
bout d’un temps plus ou moins long [22].
Ils sont en effet composés de constituants anhydres, cristallisés ou vitreux, renfermant
essentiellement de la silice, de l’alumine et de la chaux [1]. Par ailleurs le durcissement est dû
à l’hydratation de certains composés, principalement des silicates et des aluminates de calcium ;
la proportion de chaux et de silice réactive devant être au moins de 50% de la masse de ciment
[4].
I.1.2. CONSTITUANTS DES CIMENTS COURANTS
Les ciments sont un mélange d’un ou de plusieurs constituants qui se fait soit avant ou après
broyage et de petites quantités d’un ou de plusieurs additifs [4].
A) Définition des constituants
Les constituants des ciments sont : soit des produits spécialement fabriqués pour cela (clinker,
pouzzolanes artificielles), soit des sous-produits qui émanent d’autres industries qui subissent
une préparation et une sélection en vue de leur incorporation au ciment (laitier, cendres
volantes), ou soit encore des produits naturels (fillers, pouzzolanes naturelles) qui subissent
pour seul traitement un séchage et une pulvérisation avant leur incorporation dans les ciments.
Par ailleurs certaines pouzzolanes naturelles ayant plus ou moins complètement perdu leurs
propriétés pouzzolaniques, peuvent être régénérées par un traitement approprié.
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8
B) Les principaux constituants
1. Le clinker portland (K)
Il est le principal élément des ciments et a des propriétés hydrauliques. Il est de nos jours
désigné sous le nom de « Clinker ». La cuisson (1450°C) jusqu’à fusion partielle d’un mélange
dosé et homogénéisé de matière crue ayant principalement comme composants de la chaux
(CaO), de la silice (Si02) et en faibles proportions d’alumine et de l’oxyde de fer (Fe2O3) permet
d’obtenir les principaux constituants du clinker qui sont en majeur partie des silicates et des
aluminates de calcium anhydre. Le clinker portland est un matériau hydraulique se présentant
sous la forme de petits nodules très durs composés essentiellement des quatre phases
cristallines. Notons, qu’en fonction des différents pourcentages de ces différentes phases, les
propriétés des ciments varient. Ainsi on a :
Le silicate tricalcique qui se nomme également « alite », (𝐶3𝑆 ) au cours de l’hydratation
libère une quantité de chaleur avoisinant le double de celle libérée par le silicate
bicalcique (𝐶2S). Il représente 50 à 70% du clinker. Il confère au ciment une résistance
rapide et élevée. C’est la phase qui est responsable des résistances aux premiers âges ;
Le silicate bicalcique encore appelé « bélite », (𝐶2S) aide le ciment à atteindre des
résistances élevées à moyen et à long terme ; la chaleur d’hydratation dégagée par le
phénomène de prise est plus faible à fort pourcentage. Il représente 10 à 30% du clinker ;
L’aluminate tricalcique, 𝐶3A est la phase qui présente la plus grande vitesse de réaction
initiale permettant ainsi d’obtenir des résistances initiales élevées. Il représente 2 à 15%
du clinker. En effet, cette phase présente une réaction d’hydratation assez
exothermique. Ainsi elle contribue essentiellement à la prise de la pâte de ciment tandis
qu’elle contribue assez peu à la résistance finale. Par ailleurs, elle est facilement
attaquée par les sulfates ;
L’alumino ferrite tétracalcique, 𝐶4AF (0 à 15%) forme une solution solide de 𝐶2A et
𝐶2F qui réagit moins vite que le 𝐶3A. Il joue un rôle mineur dans les réactions de
durcissement du ciment.
En dehors de ces quatre principales phases susmentionnées, le clinker comporte également :
La chaux libre avec un pourcentage inférieur ou égale à 2% dans le clinker pour éviter
de provoquer une expansion en présence d’eau ;
L’oxyde de magnésium MgO ou périclase qui, non combiné, peut être à l’origine d’une
expansion par réaction avec l’eau.
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9
Une synthèse de ce qui précède nous permet de dire qu’un ciment contenant par exemple 60%
de 𝐶3S ainsi qu’un pourcentage supérieur à 10% de 𝐶3A présentera de fortes résistances initiales
et peut avantageusement être utilisé par temps froid tandis qu’un ciment ayant un pourcentage
en 𝐶3S dépassant les 40% et celui en 𝐶3A n’excédant pas 5% présentera une chaleur
d’hydratation réduite et sera avantageusement utilisé par temps chaud [4].
2. Laitier granulé de haut fourneau (S)
C’est un produit granulé obtenu par un brusque refroidissement (souvent trempé à l’eau) de la
scorie en fusion provenant principalement des minerais de fer en haut fourneau. Pour pouvoir
convenir à l’emploi en cimenterie, le laitier doit posséder des propriétés hydrauliques [19].
3. Pouzzolane (Z)
Les pouzzolanes doivent leur nom aux cendres volcaniques de la région de Pouzzoles en Italie.
En effet, les romains les utilisaient pour la confection du ciment. On distingue les pouzzolanes
naturelles et les pouzzolanes artificielles [6].
a) Pouzzolanes naturelles Essentiellement composées de silice, d’alumine et d’oxyde de fer et ayant des propriétés
pouzzolaniques. Les pouzzolanes naturelles sont des produits d’origine volcanique.
b) Pouzzolanes artificielles Ce sont des matières composées essentiellement de silice, d’alumine et d’oxyde de fer ayant
subi un traitement thermique pour leur conférer des propriétés pouzzolaniques.
4) Cendres volantes
On distingue deux types de cendres volantes :
a) Cendre volante de houille (V) C’est un produit pulvérulent qui est un résidu de la combustion en centrale thermique de la
houille pulvérisée, le plus souvent entrainé par les fumées. En effet, elle contient en majeur
partie et sous forme vitreuse de la silice, de l’alumine et de minimes quantités de chaux. Elle
n’est employée en cimenterie que si elle a des propriétés pouzzolaniques [6].
b) Cendre volante de lignite (W) C’est un produit pulvérulent qui est un résidu de la combustion en centrale thermique de certains
lignites pulvérisés, le plus souvent entrainé par les fumées. Cette cendre volante, possède une
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teneur élevée en chaux qui peut exiger une extinction préalable. Elle n’est employée en
cimenterie que si elle a des propriétés pouzzolaniques [6].
5) Schistes calcinés (T)
A l’aide d’un four spécial, les schistes sont portés à une température avoisinant 800°c. Ils sont
finement broyés et possèdent des propriétés hydrauliques et pouzzolaniques [19].
6) Calcaires (L)
Ils doivent être composés d’au moins 75% de CaCO3 pour être considérés comme l’un des
principaux constituants du ciment [19].
7) Fumées de silice (D)
Les fumées de silice émanent de la réduction du quartz de grande pureté par du charbon dans
des fours à arc électrique qui servent à la production du silicium et d’alliages de ferrosilicium.
Ce sont de très fines particules (de l’ordre de 0,1 µm) qui présentent une très forte teneur en
silice amorphe. En raison de leur finesse, elles complètent la granulométrie du ciment [19].
C) Constituants secondaires
Ils peuvent être soit l’un des constituants définis précédemment s’ils sont en proportions
inférieures ou égale à 5%, à l’exception du clinker ; soit des fillers (F) dont la nature exacte et
la proportion doivent être précisées par le fabricant dès que cette proportion dépasse 3%. Par
ailleurs, il est judicieux de préciser que grâce à une granularité appropriée et de leurs propriétés
physiques, les fillers agissent sur certaines qualités du ciment entre autre, elles lui confèrent une
maniabilité plus élevée, une diminution de la perméabilité et de la capillarité et une réduction
de la fissurabilité [4].
D) Les additifs
Les additifs sont ajoutés à de petites quantités au cours de la fabrication du ciment mais ne
doivent présenter aucune action nocive sur les propriétés du ciment [6]. Il peut s’agir de :
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a) Le sulfate de calcium Il est généralement incorporé aux ciments en petites quantités sous forme de gypse ou
d’anhydrite afin de régulariser la prise. Par ailleurs il peut être un constituant principal pour
certains ciments (ciment sulfaté) alors dans ce cas il est en proportion plus grande.
b) Les agents de mouture Ce sont des sels organiques solubles très souvent utilisés à de très faibles proportions pour
séparer les grains de ciment et faciliter ainsi le broyage.
c) Les sels solubles Ce sont des produits qui peuvent être incorporés aux ciments à de très faibles doses (< 1%) afin
d’améliorer certaines caractéristiques du ciment. Par contre leur présence dans le ciment doit
être obligatoirement indiquée sur le sac ou toute autre fiche accompagnant le ciment afin
d’éviter certaines interactions ou des incompatibilités avec d’autres produits.
I.1.3. METHODE DE FABRICATION DU CIMENT
La fabrication du ciment suit un processus de transformation chimique de minéraux par action
thermique. La matière première servant à la fabrication des ciments est issue de calcaire et
d’argiles. Après l’extraction des matériaux à la carrière, ils doivent d’abord être concassés
ensuite broyés afin d’obtenir un mélange intime, homogène et bien dosé (environ 80% de
calcaire pour 20% d’argile). Le broyage peut se faire à sec (procédé sec) ou en présence d’eau
(procédé humide, pas très souvent utilisé consommant trop d’énergie) [21]. Enfin le mélange
homogène est porté au four pour une cuisson à 1450°C pendant une demi-heure et suivie d’un
refroidissement à 50/250°C selon le type de refroidisseurs [4]. « Le clinker » est le produit
obtenu et se présente sous forme de grains de 2 à 3 cm qui sont broyés et homogénéisés
intimement en présence de gypse (5%) et d’autres constituants secondaires pour obtenir un
produit appelé « ciment » [21]. La figure 1, présente le processus de fabrication du ciment.
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Figure 1: Le processus de fabrication du ciment [21]
Il existe en tout, quatre (04) différents processus de fabrication de ciment. On distingue :
- La voie sèche ;
- La voie semi-sèche ;
- La voie semi-humide ;
- La voie humide.
La voie sèche comporte quatre phases à savoir : la pré homogénéisation, le broyage-
séchage, la séparation et l’homogénéisation [4].
- La pré homogénéisation : cette phase a pour but de réaliser un mélange préliminaire et
consiste à déposer les matériaux constitutifs du cru en couches successives, de faible
épaisseur, formant le « tas de pré homogénéisation » ;
- Le broyage-séchage : repris à l’aide des roues pelles ou de gratteurs, le mélange précédent
est envoyé à la station de broyage afin d’être réduit en une poudre de grains inférieurs à 160
microns ;
- La séparation : elle consiste, suivant le type de séparateur utilisé, à renvoyer au broyeur les
particules insuffisamment broyées et à récupérer les fines contenues dans les gaz ;
- L’homogénéisation : c’est au cours de cette phase que grâce à un brassage pneumatique ou
mécanique vigoureux, peut être obtenu un produit parfaitement homogène, de
caractéristiques chimiques uniformes, apte à être cuit.
La voie humide : pratiquement abandonnée parce que grande consommatrice d’énergie
et qui consiste à préparer une pâte dans des délayeurs, pâte qui est ensuite homogénéisée
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et stockée. Cette voie s’impose lorsque les matériaux extraits présentent un taux
d’humidité élevé [4] ;
La voie semi-sèche : elle consiste à humidifier la poudre obtenue après broyage et
séchage pour l’agglomérer sous forme de granules qui sont ensuite cuits sur une grille
mobile [4] ;
La voie semi-humide : elle consiste à filtrer la pâte réalisée de façon analogue à la voie
humide mais, après filtration, à en faire des boudins qui sont ensuite cuits sur une grille
[4].
I.1.4. PRINCIPE DE FABRICATION DES CIMENTS COURANTS
Il sera question de connaître les principes généraux et les différentes phases de fabrication du
ciment sans pour autant entrer dans les détails.
Les étapes de fabrication des ciments courants se présentent comme suit sur la figure 2 :
Figure 2: Etape de fabrication du ciment [2]
(1) La carrière : les calcaires et les marnes sont extraits au niveau des carrières à l’aide
d’explosifs ou à l’aide de pelles mécaniques puis acheminés au hall de concassage par
les dumpers ;
(2) Le concassage : les matériaux obtenus sont réduits dans des concasseurs (à percussion
ou à mâchoire) en éléments dont les dimensions varient entre 50mm et 100mm au
maximum ;
(3) Le transport : les matériaux concassés sont transportés jusqu’à l’usine par des dumpers
ou le plus souvent par des convoyeurs à bandes ;
(4) La pré-homogénéisation : elle consiste à réaliser un mélange préliminaire de calcaire
et de marne et à stocker le mélange sous un hall en fines couches successives ;
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(5) Broyage et séchage : la matière pré-homogénéisée est moulue et séchée dans un
broyeur permettant d’obtenir une fine poudre de grains de 160 microns ;
(6) Dépoussiérage : les poussières émises par les broyeurs ou contenues dans les gaz de
combustion sont retenues par des filtres électrostatiques ou à manches ;
(7) Echangeur de chaleur : La farine est avant tout préchauffée avant de passer au four
rotatif ;
(8) Four rotatif : la farine crue se transforme en clinker sous une température de 1450°C ;
(9) Le refroidisseur à clinker : l’objectif de cette opération consiste à abaisser la
température du clinker qui sort du four à 1450°C ;
(10) Le silo à clinker : après refroidissement, le clinker est stocké dans des silos ;
(11) Le moulin à ciment : le clinker est intimement broyé avec environ 5% de gypse pour
donner du ciment ;
(12) La logistique : le ciment est livré dans des sacs ou en vrac dans des camions bennes ou
citernes.
I.1.5. LES DIFFERENTS TYPES DE CIMENTS
a) Classification des ciments en fonction de leur composition On en distingue 5 différents types par les normes NF P15-301 et ENV 197-11 [19]. Ils sont
notés « CEM » et numéroté de 1 à 5 en chiffre romains dans la notation européenne. La notation
française est indiquée entre parenthèses.
CEM I : Ciment Portland (CPA)
CEM II : Ciment Portland Composé (CPJ)
CEM III : Ciment de Haut Fourneau (CHF)
CEM IV : Ciment Pouzzolanique (CPZ)
CEM V : Ciment au laitier et aux cendres (CLC)
Le tableau 1 donne la liste des différents types de ciments courants normalisés et des
pourcentages respectifs des constituants qu’ils comportent.
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Tableau 1: les différents types de ciments [4]
Désignations Types de ciments Teneur
en clinker
Teneur en % de l’un des
constituants suivants :
laitier – pouzzolanes –
cendres – calcaires –
schistes – fumées de silice
Teneur
en
constitua
nts
secondair
es
CPA – CEM I Ciment portland 95 à 100% 0 à 5%
CPJ – CEM
II/A
CPJ – CEM
II/B
Ciment Portland
Composé
80 à 94%
65 à 79%
- De 6 à 20% de l’un
quelconque des
constituants, sauf dans
le cas où le constituant
est des fumées de
silice auquel cas la
composition est
limitée à 10%(*)
- De 21 à 35% avec les
mêmes restrictions
que ci – dessus (*)
0 à 5%
0 à 5%
CHF – CEM
III/A
CHF – CEM
III/B
CHF – CEM
III/C
Ciment de haut –
fourneau
35 à 64%
20 à 34%
5 à 19%
36 à 65% de laitier de haut
fourneau
66 à 80% de laitier de haut
fourneau
81 à 95% de laitier de haut
– fourneau
0 à 5%
0 à 5%
0 à 5%
CPZ – CEM
IV/A
CPZ – CEM
IV/B
Ciment pouzzolanique
60 à 90%
45 à 64%
10 à 35% de pouzzolanes,
cendres siliceuses ou
fumées de silice, ces
derniers étant limités à
10%.
36 à 55% comme ci –
dessus
0 à 5%
0 à 5%
CLC – CEM
V/B
CLC – CEM
V/B
Ciment au laitier et
aux cendres
40 à 64%
20 à 39%
18 à 30% de laitier de haut
– fourneau de cendres
siliceuses ou de
pouzzolanes
31 à 50% de chacun des 2
constituants comme ci –
dessus
0 à 5%
0 à 5%
(*)Le pourcentage de fillers est limité à 5%
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b) Classification des ciments en fonction de leur résistance normale Trois (03) classes sont définies en fonction de la résistance normale à 28 jours comme présenté
dans le tableau 2. Des sous classes « R » sont associées à ces trois classes principales pour
désigner des ciments dont les résistances au jeune âge sont élevées.
Tableau 2: Spécification et valeurs garanties en fonction de la classe [19].
Classe
Résistance à la compression (MPa) Retrait à
28 jours
(*) P15-
433
(µm/m)
Début de
Prise
EN196-3
(minute)
stabilité
EN196-3
Au jeune âge à 28 jours
2 jours 7
jours minimum maximum
32,5 - 17,5 ≥ 32,5 (30) ≤ 52,5 ≤ 800 ≥ 90 ≤ 10
32,5 R ≥ 13,5 (12) - ≥ 32,5 (30) ≤ 52,5 ≤ 1000 ≥ 90 ≤ 10
42,5 ≥ 12,5 (10) - ≥ 42,5 (40) ≤ 62,5 ≤ 1000 ≥ 60 ≤ 10
42,5R ≥ 20 (18) - ≥ 42,5 (40) ≤ 62,5 ≤ 1000 ≥ 60 ≤ 10
52,5 ≥ 20 (18) - ≥ 52,5 (50) - - ≥ 60 ≤ 10
52,5R ≥ 30 (28) - ≥ 52,5 (50) - - ≥ 60 ≤ 10
(*) Le retrait spécifié ne concerne que les CPA-CEM I et les CPJ-CEM II
c) Désignation normalisée des ciments Les ciments sont identifiés par leurs types conformément au Tableau 1 et par leurs classes de
résistances conformément au Tableau 2.
Exemple : CPJ-CEM II/A 32,5 R (L) : Ciment Portland Composé, contenant 80% à 94% de
clinker et de 6% à 20% de fillers calcaires, de classe 32,5 ayant une résistance élevée au jeune
âge [19].
I.1.6. LES DIFFERENTS TYPES DE CIMENTS UTILISES AU TOGO
Sur le marché togolais, on peut constater que plusieurs types de ciments sont proposés. Ils
proviennent de différentes usines installées sur le territoire togolais. On constate une rareté des
ciments venant des pays voisins. Au Togo, on distingue trois grandes usines de productions de
ciments qui sont : CIMTOGO du groupe HEIDELBERG CEMENT, DIAMOND CEMENT
TOGO et FORTIA qui sont tous deux filiales indépendantes du groupe WACEM. CIMTOGO
est situé dans la zone industrielle portuaire à Lomé. Par contre FORTIA se trouve à Tabligbo
(Préfecture de YOTO) à 80 km de Lomé et DIAMOND est situé à Dalavé-Hagblevou
(Préfecture de ZIO) à 35 km de Lomé. Ainsi nous pouvons présenter brièvement comme suit
ces trois différentes usines et leurs produits :
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CIMTOGO (ciment TORO) : a une production journalière de 2000tonnes et en
moyenne 700 000 tonnes/an. Il produit deux types de ciments : le CPJ35 et le CPA45.
Notons que d’autres types de ciments sont produits à la demande des clients. Les
matériaux entrant dans la composition des ciments fabriqués sont : le clinker (de SCAN
TOGO à Tabligbo), le gypse (importé d’Europe) et le calcaire (de SCAN TOGO à
Tabligbo, de l’usine de marbre de Pagala et parfois du Bénin). Les proportions de ces
différents composants varient en fonction des types de ciments.
FORTIA CIMENT est une unité de broyage de ciment au TOGO avec une capacité de
production de 480 000 tonnes/an soit 40 000 tonnes/mois. Elle fabrique les ciments
CPJ35, CPJ45 et CPA45. Par ailleurs, les ciments CPJ35 produits ont pour matières
premières le clinker (75 à 80%), le calcaire (18 à 20%) et le gypse (4 à 5%) et sont des
ciments ordinaires utilisés pour la construction d’ouvrages en maçonnerie ou faiblement
armés ne supportant pas de grande charge. Les ciments CPJ45 et CPA45 sont utilisés
dans la réalisation d’ouvrages très sollicités et nécessitant une grande résistance.
DIAMOND CEMENT a une capacité de production moyenne de 40 000 à 45 000
tonnes/mois. Son usine fabrique les ciments CPJ35, CPJ45 et CPA45. Par ailleurs, les
ciments CPJ35 produits ont pour matières premières le clinker (75 à 80%), le calcaire
(18 à 20%) et le gypse (4 à 5%) et sont des ciments ordinaires utilisés pour construction
d’ouvrages en maçonnerie ou faiblement armés ne supportant pas de grande charge. Les
ciments CPJ45 et CPA45 sont utilisés dans la réalisation d’ouvrages très sollicités et
nécessitant une grande résistance.
Notons que ces différents cimentiers, utilisent la méthode sèche pour la fabrication de
leurs ciments.
I.2. BETON ET MORTIER
I.2.1. DEFINITION
Le béton ou le mortier est un mélange en proportions définies d’un ou de plusieurs granulats
avec d’éventuels adjuvants liés entre eux par une pâte de ciment (ciment + eau). En effet, c’est
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18
la dimension D du plus gros granulat qui détermine si c’est un béton ou un mortier. Pour le
mortier, D ≤ 4mm, et D ≥ 4mm pour le béton [19]
I.2.2. PROPRIETE DU BETON
Le béton est observé le plus souvent sous deux états :
Le béton à l’état frais : est un mélange de matériaux solides en suspension dans l’eau
se trouvant à l’état foisonné dès la sortie du malaxeur et en état compacté après sa mise
en œuvre dans le coffrage prévu pour cela ;
Le béton à l’état durci : est un solide dont les propriétés de résistance mécanique et de
durabilité s’acquièrent au fur et à mesure que les réactions physico-chimiques se
déroulent entre ses constituants. Cela dure de quelques jours à des années [3]
L’une des qualités essentielles du béton est son ouvrabilité ; c’est-à-dire la facilité offerte à la
mise en œuvre du béton pour le remplissage parfait du coffrage et l’enrobage complet du
ferraillage. L’ouvrabilité doit être telle que le béton soit maniable et qu’il conserve son
homogénéité. Elle est caractérisée par une grandeur représentative de la consistance du béton
frais. En effet, l’ouvrabilité du béton ordinaire est principalement influencée par :
La nature et le dosage du ciment,
La forme des granulats,
La granularité et la granulométrie,
Le dosage en eau.
L’ouvrabilité du béton est appréciée de diverses manières et surtout par la mesure de la
plasticité. L’affaissement au cône d’Abrams ou encore slump test et la masse volumique du
béton frais sont deux des quelques test qui permettent de mesurer l’ouvrabilité du béton. Par
ailleurs, il est impossible de modifier le béton durci sinon on risque de le détruire ; néanmoins
ses caractéristiques continuent d’évoluer pendant de nombreux jours voire des années.
La résistance à la compression est l’une des caractéristiques les plus recherchées sur un béton.
On peut également citer sa compacité ou sa porosité qui est déterminant pour sa dureté. Le
retrait, est une caractéristique assez prévisible et non moins négligeable.
La résistance du béton en compression uniaxiale est l’une des sollicitations mécaniques la plus
étudiée. Elle donne un aperçu général sur la qualité du béton. Par ailleurs la résistance et
l’ouvrabilité du béton sont étudiées de pair car elles sont intimement liées et dépendent l’une
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19
de l’autre ; d’autant plus qu’elles varient en sens inverse en fonction de certains facteurs
essentiels de la composition du béton.
La résistance caractéristique à la compression à 28 jours est une valeur qui permet de définir un
béton. Elle est mesurée en écrasant des éprouvettes cylindriques normalisées de 16cm de
diamètre et de 32cm de hauteur par compression axiale. Les éprouvettes sont chargées jusqu’à
rupture au moyen d’une presse à béton, la charge maximale est enregistrée et la résistance en
compression calculée. Par rapport à cette résistance caractéristique, on distingue :
B F C: Béton Fabriqué sur Chantier : 20 MPa à 35 MPa parfois peut avoisiner 50 MPa,
B P E: Béton Prêt à l’Emploi, bétonnage soigné en usine (préfabrication) : 16 MPa à
60 MPa,
B H P: Béton Haute Performance, jusqu’ à 80 MPa,
B U H P: Béton Ultra Haute Performance en laboratoire 120 MPa,
B F U H P: Béton Fibré à Ultra Hautes Performance.
Pour les travaux ordinaires, il est couramment considéré pour résistance à la compression des
valeurs comprises entre 20MPa et 30MPa [25].
I.2.3. CLASSIFICATION DES BETONS
Le béton est plus souvent classé en trois groupes [26] selon la masse volumique. On distingue :
Béton normal: 2000 à 2600 kg/m3,
Béton lourd: > à 2600kg/m3,
Béton léger: 800 à 2000kg/m3.
En fonction de la nature du béton, on distingue :
Béton de ciment,
Béton de silicate (chaux),
Béton de gypse (gypse),
Béton asphalté.
Lorsque des fibres (métalliques synthétiques ou minérales) sont ajoutées, on distingue:
Les bétons renforcés de fibre;
Les bétons fibrés à ultra haute performance.
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20
I.2.4. LA FORMULATION DU BETON
L’étude de la composition de béton consiste à définir le mélange optimal des différents
granulats dont on dispose, ainsi que le dosage en ciment et en eau afin de réaliser un béton dont
les qualités soient celles recherchées pour la construction de l’ouvrage ou de la partie de
l’ouvrage en question.
Il existe plusieurs méthodes de composition de béton, elles aboutissent à des dosages
volumétriques ou de préférence pondéraux, mais le passage d’une méthode à l’autre peut
toujours se faire, si nécessaire, par la connaissance de la densité apparente des granulats en vrac.
On distingue en fonction de la granularité du mélange constituant le béton deux types de
méthodes :
A granularité continue : lorsqu’une analyse du mélange constituant le béton donne sur
le graphique granulométrique une courbe s’élevant d’une façon continue du plus petit
grain de ciment au plus gros grain de graviers, toutes les grosseurs intermédiaires sont
représentées [4] ;
A granularité discontinue : lorsque la courbe granulométrique correspondante présente
un pallier qui équivaut à un manque d’éléments intermédiaires [4].
Il existe plusieurs méthodes de formulation et de composition du béton. On distingue ainsi :
la méthode de Bolomey, qui a pour formule de base l’équation1. Cette dernière permet de
tracer la courbe granulométrique de référence.
𝑝 = 𝐴 + (100 − 𝐴) ×𝑑
𝐷 (Eq.1)
Avec p : le pourcentage de grain passant la passoire de diamètre d,
D : est le diamètre du plus gros grain,
A : varie de 8 à 16. Sa valeur est d’autant plus élevée que le dosage en ciment est fort.
La méthode de Faury s’inspire d’une théorie de Caquot relative à la compacité d’un granulat
de dimension uniforme correspondant à un serrage moyen;
la méthode de Valette est essentiellement expérimentale et nécessite un certain nombre de
calculs préparatoires. Cette méthode est souvent désignée par « dosage des bétons à
compacité maximale » ou « dosage des bétons à minimum de sable » ou encore « dosage
des bétons à granularité discontinue »;
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21
la méthode d’Abrams : c’est une règle de mélange basée sur l’obtention d’un certain
module de finesse global pour le mélange de granulats à partir de la connaissance des
modules de finesse des granulats à employer;
la méthode de Dreux – Gorisse dite méthode complète [4].
I.2.5. Le Mortier
Le mortier normalisé sert à définir certaines caractéristiques d’un ciment et notamment sa
résistance. Il est réalisé conformément à la norme EN 196 – 1. Cette dernière décrit le sable
utilisé pour les essais ainsi que le malaxeur adéquat.
Le sable utilisé est appelé « sable normalisé EN 196 – 1 » et est défini par rapport à un sable
de « référence CEN ». Il est le plus souvent proposé dans le commerce [19]. Mais nous ne
l’avons pas sur le marché togolais.
Le rapport E/C du mortier normal est de 0,5 et il est malaxé pendant quatre (04) minutes avant
toute utilisation pour les essais comme : la maniabilité, la prise et de résistance [19].
Le mortier, se présente également sous deux états (le mortier frais et le mortier durci) comme
le béton.
On mesure entre autre sur les mortiers frais par :
La consistance, effectuée selon la norme EN 196-3 ;
Le temps de prise, selon la norme EN 196-3.
Tandis que sur les mortiers durcis on mesure :
La résistance à la compression et à la traction conformément à la norme
EN 196 – 1 ;
Le durcissement ;
La porosité ;
L’évaluation de la masse volumique par pesée hydrostatique ;
Ainsi que les retraits et gonflement.
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22
I.3. RHEOLOGIE DES MATERIAUX CIMENTAIRES : LE BETON
ET LE MORTIER
La rhéologie est la branche de la physique qui s’occupe de mesurer, de modéliser, de prévoir
l’écoulement des différents fluides. C’est un mot qui vient du grec « rhéin » qui signifie
« s’écouler ; fluer » et « logos » qui se traduit le plus simplement par « discours » [27].
Son principal but est d’étudier la réponse différente que chaque fluide oppose aux sollicitations
mécaniques qu’il subit de façon générale quelles qu’elles soient ou quelles que soient ces
sollicitations (comportements intrinsèques des fluides) [27].
Les différents éléments qui peuvent influencer la rhéologie du béton sont les suivants :
Le temps : depuis sa confection jusqu’à la prise, le béton ne cesse d’évoluer, tout en
restant fluide (le seuil d’écoulement du béton augmente). Cette évolution n’est pas
univoque, car un béton remué continuellement évoluera de façon différente d’un béton
permanemment au repos ;
La température : elle a également un effet très important sur l’écoulement du béton,
car une température très élevée augmente la mobilité des molécules en accélérant les
processus irréversibles (hydratation) ;
La composition du béton : un béton avec un rapport E/C plus élevé, présente une
viscosité et un seuil d’écoulement plus faible ;
La nature des constituants : la nature du ciment (sa finesse), du sable, des additions,
la courbe granulométrique globale, le facteur de forme des granulats ont tous des effets
différents et décisifs sur le comportement logique du béton (des granulats roulés
permettront un écoulement plus aisé du béton que des granulats concassés. De même,
la présence limitée d’ultrafines comme la fumée de silice peut favoriser la vitesse
d’écoulement).
Les adjuvants : sont ajoutés dans le but précis de modifier et de contrôler la rhéologie
du béton. Il faudrait donc citer les super plastifiants qui diminuent le seuil d’écoulement,
ainsi que la viscosité d’un béton donné (en agissant sur l’état de floculation des
particules de ciment) [27].
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23
I.4. CONCLUSION PARTIELLE
Pour conclure, nous pouvons retenir qu’il existe quatre (04) différentes méthodes de fabrication
du ciment qui permettent d’obtenir le même produit. Notons qu’au Togo les ciments CPJ35 les
plus utilisés sont de CIMTOGO, FORTIA et DIAMANT. Par ailleurs, nous avons défini ce
qu’est un béton et un mortier. Ainsi nous pouvons constater que le comportement rhéologique
du béton et du mortier peut être influencé par différents facteurs (le rapport E/C, la température,
les adjuvants, le temps, la température).
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CHAPITRE II : MATERIELS ET METHODES
Dans ce chapitre consacré aux matériels et aux méthodes, nous commencerons d’abord par
présenter la structure d’accueil et le laboratoire d’accueil. Ensuite nous traiterons de la
caractérisation des matériaux qui se résumera à la présentation des propriétés générales et des
caractéristiques mécaniques et physiques des matériaux. Enfin nous présenterons les dispositifs
expérimentaux qui nous ont permis de faire les essais sur les ciments, le mortier (frais et durcis)
et le béton (frais et durcis).
Les différents essais que nous avons réalisés, ont été faits à 2 ou 3 reprises afin de présenter la
moyenne des résultats obtenus.
II.1. PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL ET DU
LABORATOIRE D’ACCUEIL
II.1.1. PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL : CECO BTP
Notre stage s’est déroulé dans la direction des études de la filiale CECO BTP de CECO
GROUP.
Le Consortium des Entreprises de Construction en Bâtiment et Travaux Publics (CECO BTP)
est une Société A Responsabilité Limité (SARL) créée en 2005 sous le registre de commerce
2005M1002. Il intervient principalement dans le domaine de construction des infrastructures
publiques et privées : routes, pistes rurales, ouvrages d'art, voirie, assainissement et bâtiment
de tout genre. Il dispose également d'une expertise éprouvée dans l'exploitation des mines et
des carrières diverses (phosphates, clinker, concassé...) ainsi que dans le secteur de construction
et d'équipement hydrauliques: forages, adductions d'eau, bassins versants, aménagements
rizicoles.
Afin de mieux se spécialiser, d’offrir de meilleurs services, de créer plus d’emplois et d’avoir
une meilleur visibilité à l’international, depuis le 9 Septembre 2013 fut lancé CECO GROUP
dans lequel se retrouve six filiales (CECO BTP, CECO IMMO, CECO AGRO, CECO
TRADES, CECO MINES, CECO MANU).
CECO GROUP à un capital de 700.000.000 de FCFA et à son siège social situé au TOGO,
dans la région centrale, dans la ville de Sotouboua, chef-lieu de la préfecture de
SOTOUBOUA, au quartier NIMA, sur la rive droite de la rivière Anié. Ce siège abrite les
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25
directions des six filiales. Notons que CECO GROUP est implanté dans 9 autres pays à part
le TOGO.
Compte tenu de notre thème de fin d’études, la direction de CECO BTP a négocié un
laboratoire d’accueil dans lequel nous avons fait les essais afférant au thème et mis à notre
disposition les ciments, le sable et le gravier.
II.1.2. PRESENTATION DU LABORATOIRE D’ACCUEIL : LNBTP
Nous avons effectué nos essais dans le Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics
du TOGO.
Le Laboratoire National du Bâtiment et des Travaux Publics du TOGO, (LNBTP) est une
société d’état au capital de 200.000.000 de francs CFA. Il a été créé en 1978 et géré par une
assistance étrangère (le CEBTP) jusqu’en 1984 comme établissement public sous la direction
général des travaux Publics par des contrats N°26/77/TP, N° 56/78/TP et N° 6/83/TP et
leurs avenants.
De 1984 à 1990, il devient un Etablissement Public à caractère Industriel et Commercial
(EPIC) par décret N° 84-185/PR du 26 octobre 1984, géré par un Directeur Togolais.
Le 03 octobre 1991, par décret N°91/025/PMRT, le LNBTP a été transformé en société
d’Etat.
Le LNBTP a pour objet l’exécution de tous les essais, recherches, études et contrôles
concernant les sols, les matériaux et les techniques de construction dans le secteur du
Bâtiment, des Travaux Publics et des industries et ce, tant pour le compte de l’administration
que pour celui des collectivités, des établissements publics et des personnes physiques ou
morales privées.
Le siège social du LNBTP se situe au TOGO dans la ville de Lomé sur la route d’Atakpamé au
PK 9 Cacavéli.
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26
II.2. CARACTERISATION DES MATERIAUX
II.2.1. PRELEVEMENT D’ECHANTILLONS
Les essais effectués en laboratoire portent nécessairement sur des quantités réduites de
matériaux. Celles-ci permettent de mesurer des paramètres caractéristiques de l’ensemble du
matériau dans lequel on a fait le prélèvement. Notons que la fiabilité des résultats obtenus lors
des essais de laboratoire est en grande partie conditionnée par le prélèvement de l’échantillon.
Il est alors important que l’échantillon soit bien prélevé et soit bien représentatif.
Le prélèvement d’échantillon se fait en deux étapes :
Le prélèvement d’échantillon sur le chantier, la carrière ou l’usine d’une quantité de
matériaux nettement plus grande que celle qui sera utilisée pour l’essai proprement dit,
Au laboratoire, prélèvement de la quantité nécessaire à l’essai et qui soit également
représentative de l’échantillon de départ [19].
A) Prélèvement sur le tas (sables et graviers)
Lorsqu’un matériau granulaire est mis en stock, les gros éléments ont tendance à rouler vers le
bas du tas tandis que le haut est plus riche en éléments de faibles diamètres. On prélèvera donc
les matériaux en haut, en bas, au milieu et à l’intérieur du tas de granulats, afin d’avoir un
échantillon aussi représentatif que possible de l’ensemble. Ces diverses fractions seront
mélangées avec soin. Dans le cas des matériaux de carrière, il faudra également prendre en
compte l’hétérogénéité des différents bacs rocheux exploités [19]. C’est ainsi qu’a été prélevé
le sable et le gravier à la base de CECO GROUP.
B) Echantillonnage en laboratoire
Le passage de l’échantillon total prélevé sur le tas à l’échantillon réduit, nécessaire à l’essai,
peut se faire par quartage ou à l’aide d’un échantillonneur.
L’échantillon doit être séché à l’étuve à 105 °C s’il est exempt de minéraux argileux, ce qui est
rare, ou à 60°C dans le cas contraire [19].
Dans le cadre de nos travaux, nous avons procédé par quartage. En effet, l’échantillon est divisé
en quatre parties égales dont on ne retient que la moitié en réunissant deux quarts opposés. Cette
sélection est homogénéisée et un nouveau quartage est effectué, l’opération pouvant se répéter
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27
trois ou quatre fois. On obtient ainsi un échantillon représentatif du matériau initial comme
présenté sur la figure 3.
Figure 3 : Opération de quartage [19]
II.2.2. LES PROPRIETES GENERALES DES GRANULATS
A) Analyse granulométrique par tamisage
L’analyse granulométrique permet de caractériser les granulats en déterminant la grosseur des
grains qui les constituent, et les pourcentages des grains de chaque grosseur [5].Elle est
effectuée avec des tamis (figure 4) selon la norme NF P 18 - 560. Par ailleurs il faudra éviter
de faire une confusion entre la granulométrie qui est la science qui permet de déterminer les
dimensions des grains et la granularité qui est une distribution dimensionnelle des grains d’un
granulat [5].
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28
Figure 4 : Série de tamis utilisés pour l'analyse granulométrique par tamisage
Nous avons effectué l’analyse granulométrique par tamisage du sable et du gravier pour la
formulation du béton. Le matériau étudié est placé en partie supérieure des tamis et le
classement des grains s’obtient par vibration de la colonne de tamis. A l’issu de l’essai, on trace
la courbe granulométrique qui donne les pourcentages pondéraux respectifs des différentes
familles de grains constituant le matériau. A partir de la courbe granulométrique, on détermine
certains indicateurs permettant de caractériser le matériau. Il s’agit notamment des coefficients
d’uniformité (Cu) et de courbure (Cc) définis respectivement par les équations 2 et 3. Enfin, on
calcule le module de finesse (Mdf) pour le sable.
𝐶𝑢 =𝐷60
𝐷10 (Eq.2)
𝐶𝑐 =(𝐷30)
2
𝐷10. 𝐷60 (Eq.3)
D10, D30, D60 représentent les diamètres des éléments correspondant respectivement à 10%,
30% et 60% de tamisât cumulé. Lorsqu’on a :
Cu <2, la granulométrie est dite uniforme
Cu >2, la granulométrie est dite étalée
Un sable est bien gradué lorsqu’on a : 1 ≤ 𝐶𝑐 ≤ 3 [29]
𝑀𝑑𝑓 =1
100∑𝑅𝑒𝑓𝑢𝑠 𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙é𝑠 𝑒𝑛 % 𝑑𝑒𝑠 𝑡𝑎𝑚𝑖𝑠 𝑑𝑒 𝑑(𝑚𝑚){0,16 ; 0; 315 ; 0,63 ; 1,25 ; 2,5 ; 5} (Eq.4)
Les résultats des analyses granulométriques sont présentés en annexe II. Le tableau 3 présente
les caractéristiques du sable et du gravier mis à notre disposition.
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Tableau 3: Eléments caractéristiques du sable et du gravier
Désignation Sable Graviers
Module de Finesse (MdF) 1,97 -
Coefficient d'uniformité (Cu) 3,12 2,54
Coefficient de courbure (Cc) 1,24 0,99
Le sable mis à notre disposition a été prélevé dans le fleuve Zio (Côté-Est) à une granulométrie
étalée et est bien gradué ( 𝐶𝑎𝑟 𝐶𝑢 > 2 𝑒𝑡 1 ≤ 𝐶𝑐 ≤ 3) tandis que le gravier (de classe
granulaire 5/25) est prélevé à la carrière de l’entreprise TGC à BEGBE (AGBELOUVE) et
présente également une granulométrie étalée mais est mal gradué ( 𝐶𝑢 > 2 𝑒𝑡 𝐶𝑐 < 1). Le
module de finesse du sable est situé dans la partie supérieure du fuseau (1,8 ≤ 𝑀𝑑𝑓 ≤ 2,2)
assurant une bonne ouvrabilité du béton mais pas nécessairement de bonne résistance [29]. Les
ciments étudiés ont été mis à notre disposition par CECO GROUP. Les analyses
granulométriques des ciments étudiés ont été faites à l’éthanol. Les courbes granulométriques
respectives sont présentées par les figures 5, 6 et 7 :
Figure 5 : Courbe granulométrique de CIMTOGO
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Figure 6 : Courbe granulométrique de DIAMANT
Figure 7 : Courbe granulométrique de FORTIA
Le tableau suivant présente les coefficients de courbures et le D50 de chaque type de ciments
étudiés. Le D50 représentent le diamètre des éléments correspondant à 50% de tamisât cumulé.
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Tableau 4 :D50 et coefficients de courbures des ciments étudiés
Désignation CIMTOGO DIAMOND FORTIA
D50 (µm) 13,53 13,04 13,31
Coefficient de Courbure Cc 1,70 1,41 1,41
Les coefficients de courbures obtenus nous permettent de conclure que les courbes des
différents ciments sont bien graduées car ils sont compris entre 1 et 3. Par ailleurs en comparant
le D50 des différents ciments, nous constatons que le ciment DIAMANT est le plus fin des
ciments étudiés.
B) Equivalent de sable
L’équivalent de sable permet de mesurer la propreté du sable et de déceler la présence
d’éléments fins dans ce sable. Il est effectué selon la norme NFP 18 – 598. C’est le rapport
multiplié par 100 de la hauteur de la partie sableuse sédimentée, à la hauteur totale du floculat
et de la partie sableuse [19]. L’essai consiste à faire floculer les éléments fin d’un sable mis en
suspension dans une solution lavante puis, après un temps de mise au repos, à mesurer la hauteur
des éléments sédimentés. Cet essai est réalisé sur une fraction de sable passant au tamis à maille
carrée de 5mm [30]. Il existe l’équivalent de sable à vu et l’équivalent de sable au piston. C’est
seulement l’équivalent de sable au piston que nous avons réalisé. Ce dernier est déterminer par
la formule suivante :
𝐸𝑆 = 100 ∗ℎ2
ℎ1 (Eq.5)
Avec :
ℎ1 : hauteur sable propre + éléments fins,
ℎ2 : hauteur sable propre seulement.
La figure 8 nous présente le dispositif servant à effectuer l’essai susmentionné.
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32
Figure 8: Agitateur mécanique d'équivalent de sable.
Dans le cadre de notre travail, le sable étudié a été prélevé dans le fleuve Zio (Côté – Est). Il a
été utilisé sans être lavé. La fiche indiquant les détails de l’essai est présentée en annexe III. Le
tableau 5 présente les résultats obtenus pour l’équivalent de sable au piston.
Tableau 5: Equivalent de sable au piston
Désignation Sable non lavé
Equivalent de sable au piston (Esp) 63
Le sable utilisé est un sable légèrement argileux dont la propreté est acceptable pour un béton
de qualité courante car l’équivalent de sable au piston est situé dans l’intervalle suivant :
60 ≤ Esp≤ 70 [29].
II.2.2. LES PROPRIETES MECANIQUES ET PHYSIQUES DES GRANULATS
A) La résistance à la fragmentation et à l’usure
1) La résistance à la fragmentation
Afin de vérifier la résistance à la fragmentation, l’essai Los Angeles a été réalisé.
L’essai Los Angeles est réalisé suivant la norme NF EN 1097-2 et a pour but de mesurer la
résistance à la fragmentation par chocs d’un échantillon de granulats. En effet, elle s’exprime
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par le coefficient Los Angeles (𝐿𝐴) qui est le rapport entre la masse du refus au tamis 1.6 mm
de l’échantillon après passage dans l’appareil (figure 9) destiné à l’essai sur la masse initiale
[19]. Le coefficient 𝐿𝐴 se détermine comme suit:
𝑳𝑨 = 𝑷
𝑴× 𝟏𝟎𝟎 𝑎𝑣𝑒𝑐 𝑃 = 𝑀 − 𝑚 (Eq.6)
Avec P : masse de passant au tamis 1,6mm (g),
M : masse de matériaux prélevés (g),
m : masse de refus sec (g).
Les résultats sont présentés dans le tableau 6 du paragraphe suivant.
Figure 9:Appareil pour essai Los Angeles
2) La résistance à l’usure : essai micro-Deval
L’essai micro-Deval a pour but de vérifier dans des conditions normalisées l’usure des granulats
produite par frottements mutuels, en présence d’eau et d’une charge abrasive dans un cylindre
en rotation. Cet essai est réalisé selon la norme NF EN 1097-1. En effet on mesure après
abrasion et usure dans un cylindre en rotation disposé sur un dispositif comme le présente la
figure 10 (12000 tours en 2heures), la masse m des éléments inférieurs à 1,6 mm produits, en
présence d’eau et s’exprime par le coefficient micro-Deval (𝑀𝐷𝐸) [19]. Le coefficient 𝑀𝐷𝐸 se
détermine comme suit :
𝑴𝑫𝑬 =𝑷
𝑴× 𝟏𝟎𝟎 𝑎𝑣𝑒𝑐 𝑃 = 𝑀 − 𝑚 (Eq.7)
Avec P : masse de passant au tamis 1,6mm (g),
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34
M : masse de matériaux prélevés (g),
m : masse de refus sec (g).
Figure 10: Appareil micro Deval en présence d'eau
Les graviers entrant dans la formulation de nos bétons proviennent de la carrière de l’entreprise
TGC sise à BEGBE (AGBELOUVE). Afin de déterminer leurs aptitudes à être utilisés dans le
béton, ils ont été soumis aux essais Los Angeles et micro-Deval en présence d’eau. Les fiches
relatives à ces essais sont présentées en annexe V. Les essais ont été réalisés sur la classe
granulaire de référence 10/14 et les résultats sont présentés dans le tableau 6.
Tableau 6: Coefficient de los Angeles et MDE suivant la classe granulaire 10/14
Désignation Coefficient Los
Angeles
Micro-Deval
(MDE)
Classe granulaire 10/14 31,15 10
Avec LA < 35 et MDE< 15, nous pouvons conclure que les graviers servant à notre étude sont
bons pour la confection du béton car selon la norme NF EN 1260, pour des bétons courants, il
est exigé un LA < 50 et aucune exigence pour le MDE servant pour le béton autre que celui de
la chaussée [32].
B) La masse volumique apparente
La masse volumique apparente représente la masse de l’unité de volume apparent du corps,
c’est-à-dire du volume constitué par la matière du corps et les vides qu’elle contient [5]. Elle
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35
est de l’ordre de 1000Kg/m3 (1Kg/l) en moyenne pour les ciments, de 1500 Kg/m3 (1,5kg/l) en
moyenne pour les sables et les graviers secs [24]. La détermination de la masse volumique
apparente s’effectue suivant la norme NF EN 1097 – 3, et a pour but d’évaluer rapidement le
poids volumique dans les conditions du chantier du sable, des graviers et des ciments en
l’occurrence dans la formulation des mortiers et des bétons. Ainsi les masses volumiques des
matériaux sur lesquels nous avons travaillé sont résumées dans le tableau 7.
Tableau 7: Masse volumique apparente du sable, des graviers et des ciments
Désignation Sable Gravier ciments
CIMTOGO DIAMANT FORTIA
Masse
volumique
apparente
(t/m3)
1,43 1,44 0,99 1,11 1,01
Les différents ciments étudiés présentent des masses volumiques apparentes égales environ à
1. Cela nous permet de conclure que les trois (03) différents ciments ont le même poids
volumique sec (𝜌𝑑 ) [3].
La figure 11 présente les matériels ayant servi à réaliser cet essai sur le sable, le gravier et le
ciment. Les détails des calculs sont présentés à l’annexe V.
Figure 11: Bocaux pour la détermination de la masse volumique apparente du sable, des
graviers et le cône pour le ciment
C) La masse volumique spécifique
La masse volumique spécifique représente la masse de l’unité de volume absolu du corps, c’est-
à-dire de la matière qui constitue le corps, sans tenir compte du volume des vides [4]. Elle varie
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36
de 2900 à 3150 kg/m3 en fonction du type de ciment [24]. Elle est mesurée de deux manières :
à l’aide de l’éprouvette graduée ou à l’aide du pycnomètre. En effet, la méthode de l’éprouvette
est très simple et rapide et elle utilise du matériel courant de laboratoire (éprouvette graduée)
sauf qu’elle est d’une faible précision [19]. Par ailleurs l’essai au pycnomètre est effectué selon
la norme EN 1097 – 6. La mesure des masses volumiques des granulats (sable et graviers)
utilisés a été effectuée à l’aide de l’éprouvette graduée (figure 12a) et celle du ciment à l’aide
du pycnomètre en verre (figure 12b).
Figure 12: Eprouvette graduée et pycnomètre pour la mesure de la masse volumique
spécifique
Tableau 8: Masse volumique spécifique du sable, des graviers et des ciments étudiés
Désignation Sable Gravier ciments
TORO DIAMANT FORTIA
Masse
volumique
spécifique
(t/m3)
2,63 2,78 2,81 2,84 2,84
Ne disposant pas de pycnomètre à air pour une meilleure précision de nos résultats, nous avons
utilisé le pycnomètre en verre pour la détermination des masses volumiques spécifiques sur le
ciment. Mais les résultats obtenus pour les ciments ne sont pas conformes aux valeurs courantes
qui varient de 2,9 t/m3 à 3,15 t/m3 [24]. C’est pour cela que nous avons utilisé 3,1 t/m3 qui est
une valeur moyenne de la masse volumique des ciments pour faire la formulation du béton.
Les résultats des tableaux 7 et 8 nous permettent de constater que CIMTOGO est plus léger que
FORTIA et DIAMANT.
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37
II.3. DISPOSITIFS EXPERIMENTAUX
II.3.1. ELABORATION DES BETONS ET MORTIERS
A) Béton
La méthode de Dreux-Gorisse dite méthode complète est celle qui a été utilisée pour la
formulation du béton. Nous avons pu ainsi déterminer les proportions de sable, des graviers, du
ciment et de l’eau qui entrent dans la composition du béton. La figure 13 montre qu’à partir des
analyses granulométriques, nous avons obtenu les pourcentages du sable et des graviers et tracé
la courbe de béton. La résistance à la compression du béton à 28 jours d’âge pour les calculs
est fixé à 22 MPa.
Figure 13: Courbe de béton et pourcentage de granulats entrant dans la composition du béton
Les notes de calculs relatifs à la formulation du béton sont présentées en annexe VII. Par
ailleurs le tableau suivant nous présente les proportions des constituants pour 1m3 de béton. La
quantité de ciment à été déterminé à partir de l’abaque permettant d’évaluer approximativement
le dosage en ciment à partir du rapport C/E et de l’ouvrabilité désirée (affaissement au cône)
[29].
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38
Tableau 9: Dosage du mètre cube de béton et quantité des constituants
Désignation Sable Gravier Ciment Eau Affaissement
(cm)
Quantité pour 1 m3 (kg/ m3)
594,7 1349,94 350 179 6
NB : Etant donné que nous faisons une étude comparative des caractéristiques physico-
mécaniques des ciments CPJ35 produits et utilisés au Togo, nous n’avons pas fait de correction
après la formulation afin de voir le réel comportement de chacun des ciments étudiés.
B) Mortier
Nos travaux nous ont amené à travailler sur un mortier de type normal. En effet le mortier
normal sert à déterminer certaines caractéristiques d’un ciment notamment sa résistance. Les
rapports E/C et S/C utilisés dans la composition du mortier normal sont : E/C = 0,5 ; S/C = 3.
Ainsi le sable et le ciment à tester sont gâchés avec de l’eau dans les proportions suivantes :
450g ± 2g de ciment, 1350g ± 5g de sable normalisé et 225g ± 1g d’eau [19].
II.3.2. ESSAIS SUR LE CIMENT
A) Mesure de la finesse
La finesse d’un ciment est généralement exprimée par sa surface massique. C’est la surface
totale des grains contenus dans une unité de poudre. L’objectif de l’essai est d’apprécier la
surface des grains de ciment par gramme de poudre [19]. Cette surface s’exprime en cm²/g.
L’essai de la détermination de la finesse du ciment est effectué selon la norme EN 196 – 1. La
surface massique des ciments étudiés est mesurée par comparaison à un ciment de référence
dont la surface de massique est connue [20]. Le matériel utilisé pour la réalisation de l’essai
s’appelle « le perméabilimètre de Blaine ». La norme EN 196 – 6 décrit le principe de l’essai.
En effet il s’agira de faire passer un volume d’air connu à travers une poudre de ciment. Plus la
surface de cette poudre est importante, plus le temps mis par l’air à traverser la poudre est long.
Ainsi le tableau 10 présente les résultats obtenus suite à l’essai de finesse sur les trois différents
ciments étudiés.
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Tableau 10 : Finesse Blaine des ciments étudiés
Désignation CIMTOGO DIAMANT FORTIA
Finesse Blaine
(cm²/g) 3076,78 3601,51 2917,77
Plus la valeur de la finesse d’un ciment est élevée, plus le broyage est fin. Nous pouvons
constater que DIAMANT a une plus grande finesse de mouture. Notons que plus la finesse de
mouture d’un ciment est grande, plus la vitesse des réactions d’hydratations est élevée et plus
les résistances mécaniques aux jeunes âges (2 à 7jours) sont grandes. Par contre ledit ciment est
sensible à l’éventement et aux retraits importants [19].
B) Essai de consistance
L’essai de consistance de la pâte permet de caractériser sa plus ou moins grande fluidité. Les
essais normalisés suivants permettent d’apprécier cette consistance :
L’essai de consistance effectué avec l’appareil de Vicat conformément à la norme EN
196 – 3 ;
L’essai d’écoulement au cône selon la norme NF P 15 – 358 [16].
Dans le cadre de nos travaux, nous avons évalué cette consistance à partir de la consistance
Vicat. En effet elle consiste à mesurer l’enfoncement d’une tige cylindrique sous l’effet d’une
charge constante dans la pâte. L’enfoncement est d’autant plus important que la consistance est
plus fluide. En effet, c’est la distance « d » entre l’extrémité de la sonde et le fond du moule qui
caractérise la consistance. Si « d = 6mm ± 1mm » la consistance est dite normalisée [19]. Le
matériel utilisé est présenté par la figure 14.
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40
Figure 14 : Appareil de Vicat muni de la sonde de 10 mm de diamètre
Le tableau 11 présente le récapitulatif des quantités de ciment et d’eau qui ont permis à obtenir
la pâte normalisée qui servira à l’essai de prise.
Tableau 11 : Récapitulatif des quantités de ciment et d’eau permettant d’obtenir une pâte de
ciment normalisée
Type de ciment DIAMANT FORTIA CIMTOGO
Quantité de ciment (g) 500 500 500
Quantité d'eau (g) 135 142 145
E/C 0,27 0,28 0,29
d (mm) 5 6 6
Au vu des résultats obtenus, nous constatons que CIMTOGO exige une grande quantité d’eau
pour atteindre la consistance exigée par la norme EN 196 – 3.
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41
C) Ecoulement au cône de Marsh
La mesure du temps d’écoulement au cône permet de connaitre le comportement rhéologique
du ciment en présence d’un super plastifiant. Il s’agira de mesurer la perte de fluidité d’un coulis
de ciment dans le temps. Ainsi pour y arriver, nous aurons besoin d’un cône de Marsh de
1875cm 3 (figure 15) muni d’un ajutage calibré (orifice de 10mm de diamètre et de 60mm de
hauteur), d’un récipient de contenance 1l et d’un chronomètre. C’est la norme NF P 18-358 qui
régit cet essai et la norme NF P18-357 qui décrit la réalisation du coulis.
Figure 15 : Dimension du Cône de Marsh [34].
Nous avons dans le cadre de notre étude réalisé l’essai sur les trois différents ciments étudiés.
En effet nous avons mesuré le temps que met le coulis (réalisé avec l’un des ciments étudiés)
pour remplir un bocal de 1litre. Par ailleurs nous avons ajouté un super plastifiant pour
augmenter l’ouvrabilité du coulis. Ainsi nous avons comparé le coulis non adjuvantisé et le
coulis adjuvantisé. Par ailleurs le tableau 12 nous présente les quantités ayant permis la
réalisation du coulis.
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42
Tableau 12 : Proportion de matériaux pour la confection du coulis
Désignation Ciment Eau Super plastifiant
Quantité (g) 1500 750 15
Rapport (E/C et
A/C) - 0,5 0,01
D) Evaluation de la stabilité
L’objectif de l’essai est d’apprécier l’augmentation de volume que seraient susceptibles de
provoquer, au cours de la réaction d’hydratation, les oxydes de calcium ou de magnésium
contenus dans le ciment. L’essai est réglementé par la norme EN 196 – 3. La stabilité est
caractérisée par la valeur C – A exprimée en mm à 0,5 mm près [19] :
𝑆𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡é (𝑚𝑚) = 𝐶 − 𝐴 (Eq.8)
Par ailleurs, la norme EN 197 – 1 précise les compositions, les spécifications et les critères de
conformité des ciments courants. Ainsi un ciment est dit stable si sa « Stabilité ou Expansion ≤
10mm ». La figure 16 présente les deux aiguilles (Le Chatelier) en laiton qui servent pour
l’essai :
Figure 16 : Eprouvette Le Chatelier contenant de la pâte de ciment à consistance normalisée
E) Mesure du temps de prise
L’essai est effectué sur une pâte de consistance normalisée et est fait selon la norme EN 196 –
3. L’objectif de l’essai est de définir pour un ciment donné un temps qui soit significatif pour
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43
la rapidité de prise. C’est l’évolution de la consistance d’une pâte de consistance normalisée
qui sera suivie par l’essai. L’appareil utilisé est celui de Vicat équipé d’une aiguille de 1,13 mm
de diamètre (figure 17). On dit que le ʺtemps de début de priseʺ est atteint lorsque sous l’effet
d’une charge de 300 g, l’aiguille s’arrête à une distance « d = 4mm ± 1mm » du fond du moule.
Par ailleurs le ʺtemps de fin de priseʺ est celui au bout duquel l’aiguille ne s’enfonce plus que
de 0,5mm [19].
Figure 17 : Appareil de Vicat équipé d'une aiguille de 1,13mm pour l'essai de prise
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44
II.3.3. CARACTERISATION DU MORTIER A L’ETAT FRAIS ET A L’ETAT DURCIS
A) Mortier à l’état frais
Confection des éprouvettes de mortier
Les éprouvettes de mortier sont fabriquées selon la norme EN 196 – 1.Nous avons utilisé le
sable normalisé (figure 18b) pour la confection des mortiers. Le malaxage du mortier est fait
dans un malaxeur normalisé (figure 18c). A la fin du malaxage, le mortier est introduit dans les
moules 4×4×16 (figure 18a) prévus à cet effet et serrés au moyen d’un appareil à choc (figure
18a). La norme susmentionnée donne les détails du mode opératoire de l’essai.
Figure 18 : Appareil à choc surmonté du moule 4×4×16, sable normalisé et le malaxeur
normalisé
B) Mortier à l’état durcis
Essai de flexion et de compression
Le principal objectif de ces essais est de définir la résistance d’un ciment. Il consiste à étudier
la résistance à la flexion et à la compression d’éprouvettes de mortier normal. La résistance du
mortier est considérée significative de la résistance du ciment. La norme EN 196 – 1 est celle
qui réglemente ces essais. Par ailleurs, elle donne les détails sur le mode opératoire lié à chacun
de ces essais. La figure 19 nous présente le matériel servant à faire les deux essais.
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45
Figure 19 : Appareil pour les essais de flexion et de compression sur le mortier
Le dispositif de la figure 20 décrit comment se fait la rupture de chaque éprouvette en flexion.
Figure 20 : Dispositif pour l'essai de résistance à la flexion [19]
Si Ff est la charge de rupture de l’éprouvette en flexion, le moment de rupture vaut Ffl/4 et la
contrainte de traction correspondante sur la face inférieure de l’éprouvette est :
𝑅𝑓 = 1,5𝐹𝑓 𝑙
𝑏3 (Eq.9)
La contrainte ainsi calculée est appelée contrainte en flexion. Suivant les dimensions b et l des
éprouvettes, si Ff est exprimée en newtons (N), la résistance est exprimée en méga pascal (MPa)
et est égale :
𝑅𝑓 = 0,234𝐹𝑓 (𝑁) (Eq.10)
Les demi–éprouvettes issues de la rupture en flexion sont rompues en compression comme
indiqué sur la figure 21.
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46
Figure 21: dispositif de rupture en compression [19]
Si Fc est la charge de rupture, la contrainte de rupture vaut :
𝑅𝑐(𝑀𝑃𝑎) = 𝐹𝑐
𝑏2 (Eq.11)
La contrainte ainsi calculée est appelée résistance à la compression et si la charge de rupture Fc
est exprimée en newtons, la résistance est exprimée en méga pascal (MPa) et vaut :
𝑅𝑐(𝑀𝑃𝑎) =𝐹𝑐
1600 (Eq.12)
II.3.4. CARACTERISATION DU BETON A L’ETAT FRAIS ET A L’ETAT DURCIS
A) Béton à l’état frais
1) Affaissement au cône d’Abrams ou Slump test
L’affaissement au cône d’Abrams est effectué selon la norme NF EN 12350 – 2 et est très
souvent utilisé parce que très simple à mettre en œuvre. Il consiste à mouler dans un tronc de
cône dont le diamètre de la base est de 20cm, celui du haut est de 10cm et de hauteur 30cm
(figure 22b) du béton. Le cône est rempli en trois couches piquées chacune de 25 coups avec
une tige métallique de 16mm de diamètre avec ses extrémités arrondis. On soulève ensuite le
moule avec délicatesse et l’on mesure l’affaissement ou le slump aussitôt après (figure 22a).
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47
Figure 22 : Mesure de l'affaissement et le cône d'Abrams et ses accessoires
2) Mesure de la densité du béton frais
La densité du béton dépend de plusieurs facteurs dont le principal est la teneur en eau. Cette
dernière est fonction de l’hygrométrie et de la température ambiante. La densité fraiche est
mesurée afin de pouvoir vérifier la densité théorique calculée et ajuster les dosages en sable et
en gravier tout en gardant le même dosage en ciment pour 1m3 de béton [4]
3) Confection des éprouvettes de béton
Les bétons sont d’abord malaxés dans une bétonnière ou une malaxeuse, ensuite moulés dans
des moules de diamètre 16 cm et de hauteur 32 cm (figure 23a). Enfin les moules sont mis sur
une table à vibration pour le serrage du béton. Par ailleurs le temps de serrage est fonction de
la consistance du béton. La norme NF EN 12390 - 1 est celle qui réglemente les dimensions de
moules. Les éprouvettes doivent rester dans le moule et être protégées contre les chocs, les
vibrations et la dessiccation pendant au moins 16h et 3 jours au maximum à la température de
25°C ± 5°C dans les pays chauds et 20 °C ± 5°C [14]. Après démoulage, les bétons sont
conservés dans un bassin de maturation (figure 23b) jusqu’au jour prévu pour les écrasements
[14].
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48
Figure 23: Moule 16cm × 32cm et bac de maturation des bétons
B) Essais sur le béton durcis
1) Evolution de la masse volumique semi-humide du béton
La masse volumique encore appelée densité volumique de masse, est une grandeur physique
qui caractérise la masse d’un matériau par unité de volume. Elle est déterminée suivant le
rapport :
𝜌 =𝑚
𝑣 (Eq.13)
Avec m qui est la masse de la substance homogène occupant le volume v.
2) Rectification des extrémités des éprouvettes et essai de compression
Le principal but de l’essai de compression de béton est de connaître la résistance à la
compression d’une éprouvette de béton ayant un âge donné. L’éprouvette étudiée est soumise
à une charge croissante jusqu’à ce qu’elle se rompt. Ainsi la résistance en compression est le
rapport entre la charge de rupture et la section transversale de l’éprouvette [19]. Dans le cadre
de nos travaux, nous avons fait les essais de compression sur des éprouvettes à 7, 14 et 28 jours
d’âge.
Les essais de compression ont été faits selon la norme NF P 18 – 406. Cette dernière rappelle
que les extrémités des éprouvettes cylindriques doivent préalablement être rectifiées avant
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l’essai de compression. En effet la rectification consiste à rendre les surfaces planes et
perpendiculaires aux génératrices de l’éprouvette. Il existe plusieurs méthodes de rectification
des éprouvettes. On distingue :
La rectification par usinage des extrémités,
Surfaçage utilisant du ciment calcium-alumineux,
Surfaçage au mortier de soufre,
Surfaçage utilisant des boites à sable.
Nous avons dans le cadre de nos travaux utilisé pour la rectification de nos éprouvettes le
surfaçage au mortier de soufre. Nous avons effectué ce surfaçage selon la norme NF EN 12390
– 3. En effet le surfaçage au mortier de soufre (figure 24) consiste à munir chaque extrémité de
l’éprouvette d’une galette à base de soufre selon deux exigences : la planéité et la
perpendicularité aux génératrices.
Figure 24 : Eprouvettes de béton surfacée au mortier de soufre
Les essais de compression ont été effectués sur une presse (figure 25) de 3000 kN de capacité.
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50
Figure 25: Presse à béton de capacité 3000 kN
II.4. CONCLUSION PARTIELLE
Nous avons dans ce chapitre caractérisé les différents matériaux que nous avons utilisé pour
nos formulations de béton et de mortier. Ces matériaux sont le sable, le gravier et le ciment.
Notons que c’est l’eau de la TDE (Togolaise des Eaux) que nous avons utilisée dans nos
formulations. Par ailleurs, nous avons décrit brièvement les dispositifs expérimentaux et les
différents essais réalisés sur le ciment, le béton et le mortier.
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51
CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSIONS
III.1. ESSAIS SUR LE CIMENT
III.1.1. ECOULEMENT AU CONE DE MARSH
Cet essai a été réalisé afin de mesurer le temps nécessaire pour vider un cône contenant un
coulis à travers un ajutage dont l’orifice est de 10mm de diamètre. Ainsi l’histogramme suivant
(figure 26) présente le temps d’écoulement moyen nécessaire pour remplir un contenant d’un
(01) litre de coulis confectionné avec les ciments étudiés (adjuvantisé ou non).
Figure 26 : Temps d’écoulement (en secondes) des différents ciments étudiés
Le temps d’écoulement lorsque le coulis est adjuvantisé est plus court que celui du coulis non
adjuvantisé. En effet le ciment FORTIA présente un temps d’écoulement plus élevé dans les
deux cas comme observé sur la figure ci-dessus. Notons que plus un ciment est fin plus vite il
s’écoule. Ainsi nous pouvons constater que le ciment DIAMANT ayant une plus grande finesse
coule plus vite. En outre, les résultats obtenus s’accordent avec ceux de l’essai de finesse Blaine
et s’accordent en parti à l’analyse granulométrique effectuée sur les essais réalisés dans le
chapitre précédent (II.2.2.a et II.1.1.a). En effet, les résultats de l’analyse granulométrique
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52
confirment seulement que le ciment DIAMANT est le plus fin. Notre analyse est limitée car
nous n’avons pas de précisions sur la composition exacte des ciments étudiés.
III.1.2. TEMPS DE PRISE SUR LA PATE NORMALISE DE CIMENT
On parle de la prise de ciment lorsque la pâte de ciment, de mortier ou de béton perd sa
plasticité. En effet nous avons effectué cet essai sur la pâte normalisée de ciment. Le temps de
début de prise correspond à l’ instant où l’aiguille de 1,13 mm de diamètre s’arrête à d = 4 mm
± 1mm sous l’effet d’une charge de 300 g. Par ailleurs la fin de prise est constatée lorsque
l’aiguille susmentionnée ne s’enfonce plus que de 0,5mm. Dans le cadre de nos travaux nous
avons déterminé ces différents temps sur les différents ciments utilisés (figure27).
Figure 27: Temps de prise des différents types de ciments étudiés
C’est sur la pâte de ciment normalisée réalisée lors de l’essai de consistance que nous avons
effectué l’essai de temps de prise. Comme nous pouvons le constater sur la figue ci-dessus, les
temps de prises varient d’un ciment à un autre. Ils sont très supérieur à 75 minutes comme le
prévoit la norme EN 197 - 1 pour les ciments de type CEM II 32,5N et CEMII 32,5R. Le temps
de prise peut être influencé par plusieurs facteurs tels que la finesse du ciment, sa composition
chimique, la température ambiante et l’effet des adjuvants s’il y en a. Ainsi le temps de début
de prise est plus rapide pour un ciment quand il a une grande finesse [20]. Au vu des résultats
obtenus, nous pouvons constater que CIMTOGO et DIAMANT ayant moyennement le même
temps de début de prise sont broyés plus finement que FORTIA. Par ailleurs, les résultats que
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53
nous avons obtenus sont conformes à ceux de la finesse Blaine et de l’écoulement au cône
(II.2.2 a et c). En effet, plus un ciment est fin, grande est sa surface spécifique, court est son
temps de début de prise et plus vite s’écoule t’il. Néanmoins, FORTIA ayant un temps de prise
plus avancé que les deux autres, à l’avantage de moins fissurer et de présenter un moindre retrait
[22].
III.1.3. STABILITE OU EXPANSION SUR LE CIMENT
L’expansion ou la stabilité d’un ciment est mesurée à chaud et à froid sur une éprouvette de
pâte pure. Il s’agit en effet d’apprécier l’augmentation de volume que seraient susceptibles de
provoquer au cours de la réaction d’hydratation les oxydes de calcium ou de magnésium
contenus dans le ciment. Dans le cadre de notre étude nous avons utilisé la pâte normalisée qui
a servi à l’essai de prise des ciments étudiés. La figure 28 nous présente la stabilité des ciments
étudiés
Figure 28: Stabilité des différents ciments étudiés
Nous constatons que les ciments que nous étudions sont stables. En effet CIMTOGO est le plus
stable avec une valeur de 0,5 mm suivit de FORTIA et de DIAMANT dont les valeurs sont
respectivement de 0,7mm et de 0,8mm. Les valeurs obtenues sont largement inférieures à la
limite fixée par la norme EN 197-1. Cette dernière prévoit que pour tout type de ciment, la
valeur de la stabilité soit inférieure ou égale à 10 mm. Notons qu’un ciment non stable peut
entrainer de graves menaces pour la pérennité des constructions.
CIMTOGO FORTIA DIAMANT
satbilité 0,5 0,7 0,8
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Stab
ilité
en
mm
Types de ciments
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54
III.2. MORTIER A L’ETAT DURCI
FLEXION ET COMPRESSION
Les caractéristiques les plus recherchées sur un mortier durci sont la résistance à la flexion et
la résistance à la compression. En effet pour les différents types de ciments étudiés, nous avons
réalisé les deux différents essais sur les mortiers confectionnés avec ces différents ciments. Les
figures ci-dessous nous donnent des détails sur ces différents essais. En effet la figure 29
présente les essais de flexion et la figure 30 les essais de compression.
Figure 29 : Résistance en flexion sur mortier à différents jours de maturation
La figure ci-dessus nous présente l’évolution de la résistance en flexion sur le mortier à
différents jours de maturation. Nous pouvons constater que les ciments FORTIA et DIAMANT
ont une résistance en flexion à deux (2) jours plus élevée (3.83 MPa) que celle de CIMTOGO
(3.13 MPa). Par contre à sept (7) jours, cette résistance est presque la même chez les 3 types de
ciments étudiés. Par ailleurs, à vingt-huit (28) jours, nous notons une augmentation de la
résistance dont le maximum est noté chez FORTIA (7.85 MPa) suivit de CIMTOGO (7.06
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55
MPa) et de DIAMANT (6.51 MPa). La norme EN 197 – 1 ne donne aucune précision sur la
résistance minimale à la flexion car les matériaux composites (béton et mortier) obtenus à partir
du ciment sont plus sollicités en compression qu’en traction.
Figure 30 : Résistance en compression sur mortier à différents jours de maturation
Nous pouvons constater sur la figure 30 une augmentation de la résistance à la compression sur
les mortiers. Les résultats obtenus sont conformes aux exigences de la norme EN 197 – 1. En
effet cette dernière exige une résistance minimale à la compression de 14 MPa à 7 jours et 30
MPa à 28 Jours. Ces deux conditions sont respectées par les différents ciments que nous avons
étudiés. Notons qu’à 7 jours, la plus grande résistance est de 22,33 MPa (FORTIA) et la plus
petite est de 17,48 MPa (CIMTOGO). A 28 jours, la plus grande résistance que nous avons
obtenue est de 37,19 MPa (FORTIA) et la plus petite est de 30,46 MPa (DIAMANT). Notons
également que la grande finesse de DIAMANT lui accorde d’avoir de grande résistance à court
terme. Ainsi, à 2 jours, nous avons obtenu la plus grande résistance qui est de 15,33 MPa.
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56
III.3. BETON A L’ETAT FRAIS ET A L’ETAT DURCIS
III.3.1. BETON A L’ETAT FRAIS
A) Affaissement au cône d’Abram des bétons frais
L’histogramme présenté par la figure 31 présente la valeur de l’affaissement mesuré sur des
bétons réalisés à partir des différents ciments étudiés.
Figure 31: Valeurs des affaissements des bétons frais
L’affaissement nous permet de constater l’ouvrabilité des différents bétons confectionnés. Ainsi
nous pouvons alors remarquer que le ciment TORO et le ciment FORTIA sont plus ouvrables
que le ciment DIAMANT. La perte de hauteur constatée s’explique par la fluidité de chaque
type de ciment, par les granulats de grande dimension (25 m) contenue dans le gravier et par
la quantité d’eau introduite lors de la confection du béton. En effet l’eau est un paramètre très
important dans l’ouvrabilité d’un béton. Pour la confection des différents bétons, nous avons
introduit la même quantité d’eau et obtenue des valeurs d’affaissements différentes mais nous
pouvons constater que ces bétons sont plastiques (5≤ St≤9).
B) Densité des bétons frais
La densité fraiche est mesurée afin de pouvoir procéder à la vérification de la densité calculée
théoriquement. Les densités fraîches des différents types de ciment étudiés sont présentées sur
la figure 32.
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57
Figure 32: Valeurs des densités des bétons frais
La densité théoriquement calculée suite à la formulation que nous avons faite, nous a permis
d’obtenir 2,47 t/m3. Ainsi nous pouvons constater que les densités de béton frais obtenues sont
différentes et inférieures à la théorique. Les caractéristiques des ciments étudiés et le mécanisme
d’hydratation peuvent expliquer cette différence. Il faut noter également que le phénomène de
contraction des matériaux peut avoir une influence sur cette différence. En effet, cette mesure
devrait permettre d’apporter des corrections sur les proportions des constituants du béton. Etant
donné que nous faisons une étude comparative des caractéristiques physico-mécaniques des
ciments, nous n’avons pas procédé aux corrections.
III.3.2. BETON A L’ETAT DURCI
A) Masse volumique semi humide
La masse volume se définit comme étant la masse d’un corps par unité de volume. Nous avons
pendant la période de cuire mesuré la masse volumique sur les éprouvettes à différents jours
d’âge comme présenté sur la figure 33.
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58
Figure 33 : Masse volumique semi humide du béton durci en fonction de l’âge de maturation
Nous avons constaté au cours de notre étude que les bétons étudiés ont des masses volumiques
allant de 2 t/m3 à 2,5 t/m3. En effet plus la maturation évolue plus les masses volumiques
croissent. Cela est dû au fait qu’immergés dans le bassin de maturation, les bétons se saturent
au fur et à mesure de leurs maturations.
B) Résistance à la compression
La résistance à la compression sur les éprouvettes de béton permet de déterminer la valeur
caractéristique de la résistance du béton. En effet c’est la caractéristique la plus recherchée sur
le béton durci. Dans le cadre de notre travail, comme présenté sur la figure 34, nous avons
déterminé les résistances en compressions des éprouvettes de béton à 7jours, 14jours et à
28jours.
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59
Figure 34 : Résistance à la compression sur béton à différents jours de maturation
Nous pouvons constater sur la figure ci-dessus une croissance de la résistance à la compression
au cours de la maturation du béton. Cette évolution est due à plusieurs facteurs entre autre : les
hydrates libérés lors de l’hydratation, la qualité du squelette granulaire (qualité mécanique des
granulats, capacité d’adhérence du mélange sable et gravier avec la pâte de ciment) du béton et
la classe de résistance du ciment [19]. Notons qu’entre le 7ème jour et 14ème jour on remarque
que la résistance n’a quasiment pas varié puis à partir du 14ème jour recommence par croître
jusqu’à 28ème jours. C’est seulement FORTIA avec une résistance de 27,03 MPa qui a atteint
la résistance escomptée à 28jours. En effet, c’est 25,3 MPa (Majoration de 22 MPa de 15% en
tenant compte de l’environnement et de la qualité des granulats utilisés pour confectionner le
béton) que nous espérions avoir au minimum à l’issus de nos calculs.
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60
III.4. ETUDE COMPARATIVE ET CANEVAS D’ELABORATION
DE FICHE TECHNIQUE
III.4.1. ETUDE COMPARATIVE
Cette étude se penchera seulement sur les caractéristiques mécaniques des différents types de
ciments étudiés. Il s’agira de la résistance en compression obtenue sur les éprouvettes de béton
16×32 et des résistances en flexion et en compression obtenues sur les éprouvettes de mortiers
4×4×16.
La résistance en flexion déterminée sur les éprouvettes de mortier 4×4×16 permet de
déterminer l’aptitude du ciment à résister en traction. Notre étude a porté sur trois (3) types de
ciment CPJ35. Ainsi les résultats obtenus nous permettent de les classer comme suit de manière
décroissante : FORTIA, CIMTOGO et DIAMANT (figure29).
La résistance à la compression obtenue sur les éprouvettes de mortier et sur les bétons permet
de déterminer l’aptitude du ciment à résister à la compression. Ainsi à l’issue des essais de
compression sur les demies éprouvettes issues des essais de flexion sur le mortier, nous
obtenons le classement décroissant suivant : FORTIA, CIMTOGO et DIAMANT (figure30).
Par ailleurs la résistance en compression sur les éprouvettes cylindriques 16×32 de bétons nous
a permis d’obtenir le classement suivant : FORTIA, DIAMANT et CIMTOGO (figure34).
Notons que les résistances obtenues sont influencées par les compositions des ciments étudiés.
En effet plus la proportion de C3A est grande, la prise est rapide mais n’a pas d’effet sur la
résistance du ciment. Par contre une grande proportion de C3S entraine de grande résistance
surtout à court terme. Ainsi nous pouvons constater que le ciment FORTIA a une bonne
résistance à 7 jours qui est confirmé à 28 jours. Rappelons que le C3A et le C3S sont des phases
du clinker entrant dans la fabrication du ciment. Malgré le fait que les dosages des composés
varient d’un ciment à un autre, notons que les résistances obtenues permettent de conclure que
les cimentiers proposent des produits qui répondent aux normes. En effet le tableau suivant
présente les prescriptions de la norme NF EN 197-1 par rapport à la résistance en compression
des différents types de ciments.
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61
Tableau 13 : Résistance minimale garantie par la norme NF EN 197-1
Classe de résistance Résistance minimale garantie en MPa
2jours 7jours 28jours
32,5N - 14 30
32,5R 8 - 30
42,5N 8 - 40
42,5R 18 - 40
52,5N 18 - 50
52,5R 28 - 50
Le tableau 14 présente les résistances en compression à différent jours de maturation des
ciments étudiés.
Tableau 14 : Résistance à la compression des différents ciments étudiés
RESISTANCE A LA COMPRESSION
Age de maturation 0 2 7 28
Contrainte de rupture (MPa)
CIMTOGO 0,00 10,43 17,48 31,96
DIAMANT 0,00 15,33 20,25 30,46
FORTIA 0,00 12,80 22,33 37,19
Le tableau 15 est le tableau d’emploi des divers types de ciments.
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62
Tableau 15 : Tableau d’emploi des divers types de ciments étudiés
FONDU CP- MF2
CPACPA
CPJ
CPA (1)
CPJ
FONDU
FONDU CPA CPA CPA
CPA
CPJ
CLC
CPJ
CLC
CP - MF 2
CP- MF2
CPJ
CLC
CHF-CLK
CLK, CHF
CPA
CPA-HTS
HRC
HRC-HTS
CLC-CP-
MF2
CPA-CHF
CLC-CLK
CHF
CLK
FONDUCP- MF2
HRC-HTS
HRC-HTS HRC-HTS
CPA
CPJ
CLC-CHF
CP – MF 2
CPA (1)
CPJ
CPA
CPJCPJ
CPACPA (1)
CPJ
CM, CNXHN, LM
(5)
CHF CLC
CHF
CP MF 2
CPA (1)
CPJTous
CMLM,
XHN,XHA
CHF ,
CLK(2)
CPJ. CLC
LM (5) ;
XHN
Enduit
XHA
(5)
LM,
XHN,XHA
Prompt
FONDU
TR
AV
AU
X S
PE
CIA
UX
6
(30-60)
3
(10-30)
<3
(<10<30)
CPJ
CLC
CHF
CLK
HP
HPR
55
55 R
45
45 R
16
(100-160)
10
(50-110)
CPA (1)
CPJ
CHF
CPA (4)
CPJ
CLC
CHF
CLK
CPA
CPJ
(a employer
avec
precautions)
Ouvrages exceptionnels
contraintes tres importantes
CPA
CPJ
CLC
CPF
CPA (1)
CPJ
CPJ
CM, CHF
Tous (laitier avec
précautions)
XHA
CLX
Enduit
XHN (1)
XHA
Agressivités chimiques du
terrain croissant du haut
vers le bas pour les ciments
normalisés (cf fiches) (4)
CPA (1)
CPJ-CLC
Certains CPA
CHF
CPJ
Certains
CPA
CPJ
CLC
CM, CN
Blocs manufacturés
Précontrainte
CLX CLX
Ouvrages supportant des
contraintes reduites
(faiblement armés ; massif
ferrailés…)
TRAVAUX CLASSIQUES
(contraintes importantes,
bétons normalement
ferraillés)
Mortiers d’injection pour
gaine de précontrainte ;
terrain fissuré ou sans
cohésion ;béton avec mise
en place préalable des
granulats…
Bétons projetés
Bétons avec granulats
spéciaux
Consulter les laboratoires spécialisés ; les fabricants compétents et faire essais préalables ; des Un ciment spécial pour les gaines de
précontraintes a été mise au point mais sa commercialisation ne semble pas effective
Chaux
légères
Béton banché
Enduits (3)
Mortiers batards à base de
ciments visés dans les
cases(en particulier les
CPA vérifiés blancs) et de
chaux (XHN) par moitié
environ
CM XHA (3) XHN
Fondation
XHNChaux
légèresCPJ
Maç
on
ner
ie
Mortier de
pose
Elevation
Couvertures
Tuyaux
Colmatage
Béton refractaire
PR
EF
AB
RIC
AT
ION
Béton armé Cf ci-dessus
Etuvage
RO
UT
ES
-
PIS
TE
S-
DA
LL
AG
ES
Ciments autant que possible
un retrait faibleCPA
Bét
ons
en
gra
nde
mas
se
Doivent dégager peu de
chaleur lors de la prise
Ouvrage soumis au gel
(béton jeune)
FONDU
FO
ND
AT
ION
S
TR
AV
AU
X
SO
UT
ER
RA
IN
S
CPATRAVAUX
HYDRAULIQUES
Ouvrages en terrasse
exposés aux pluies (voir les
fiches) (4)
CLK
CHF
Prompt
TABLEAU D'EMPLOI DES DIVERS TYPES DE CIMENTS
BE
TO
N A
RM
E
CLASSES >HP 35
BETON PRECONTRAINT CPA
CPA
CHF
𝐷𝑒𝑐 𝑓𝑓𝑟𝑎 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑒 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑒
rapide
𝐷𝑒𝑐 𝑓𝑓𝑟𝑎 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑒 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑒
tres rapide
dalles
chauffantes
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63
En comparant les résultats obtenus (tableau 14) aux valeurs de la norme NF EN 197-1 du
tableau 13, nous pouvons conclure que les ciments que nous avons étudiés respectent les valeurs
minimales prescrites par la norme. Par ailleurs, il est prévu que les résultats des essais du
contrôle se situent dans la fourchette ± 10 𝑀𝑃𝑎 au tour de la moyenne [22]. En tenant compte
de la classe de résistance (qui est de 32.5 MPa) des ciments que nous avons étudiés et du tableau
15 qui est le tableau d’emplois des divers types de ciments [22] , ils peuvent tous être utilisés
en maçonnerie et pour les bétons peu sollicités. C’est à dire pour des travaux courants n’exigent
pas des bétons ou des mortiers de grandes performances.
III.4.2. CANEVAS D’ELABORATION DE FICHE TECHNIQUE
Le présent canevas est établit, afin de pouvoir donner une idée générale sur les parties
constituantes de la fiche technique. En effet, dans ce canevas, une explication est donnée à
chaque partie de la fiche technique en vue de faciliter son élaboration et sa lecture. Ainsi, voici
présenté le canevas d’élaboration de la fiche technique.
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64
CANEVAS D’ELABORATION DE FICHE TECHNIQUE
PRESENTATION DU PRODUIT
Provenance du produit
Il s’agira de définir le produit selon son appellation commerciale ou le nom de l’usine de
fabrication ;
Type de produit
Cette partie précisera le type de produit suivant les cinq types de ciments connus et dans la
mesure du possible le classer parmi les 27 ciments courants ;
Classe commerciale et classe de résistance
Nous préciserons la classe commerciale et de résistance du ciment étudié dans cette sous
partie.
CARACTERISTIQUES DU PRODUIT
Caractéristiques physiques
Dans cette sous partie, nous présenterons les résultats de tous les essais physiques effectués
sur les ciments étudiés ;
Caractéristiques mécaniques
Il s’agira de présenter dans cette sous partie les résultats des essais mécaniques effectués
sur les différents ciments étudiés.
DOMAINES D’APPLICATION
Zones Cette sous partie précisera les zones (humide ou chaude) dans lesquelles peuvent être utilisés
les ciments étudiés ;
Mortiers Il s’agira de préciser si les ciments étudiés peuvent servir ou pas dans les mortiers ;
Béton Il s’agira de préciser si les ciments étudiés peuvent servir ou pas dans la confection du béton ;
Béton armé Le béton armé a des exigences particulières. Ainsi, nous préciserons ici si les ciments étudiés
peut être utilisés ou pas dans le béton armé.
ORIENTATIONS
Il s’agira de proposer quelques conseils et orientations qui pourront aider à mieux utiliser
l’un ou l’autre des ciments que nous avons étudiés.
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65
CONCLUSION GENERALE
Déterminer les caractéristiques physico-mécaniques des ciments CPJ35 utilisés au Togo était
le principal objectif de notre étude. Nous avons pour cela effectué divers essais sur le béton à
l’état frais et à l’état durci, sur le mortier normalisé et sur la pâte de ciment normalisée. On peut
entre autre citer les essais de prise et de stabilité sur le ciment, les essais de flexion et de
compression sur le mortier normalisé et l’essai de compression sur le béton durci.
Les essais sur la pâte de ciment ont été réalisés dans une salle avec une température de 20°C et
les éprouvettes de mortier ont été réalisées et conservées dans cette même salle afin de satisfaire
aux exigences des normes qui régissent ces essais. Par ailleurs les éprouvettes de béton sont
également conservées dans un bassin de maturation selon les prescriptions de la norme. En
outre, les essais mécaniques qui sont réalisés sur le béton et le mortier ont été faits à différents
jours de maturation. Nous nous sommes arrêtés à 28jours qui est le nombre de jour auquel on
détermine la résistance référentielle à la compression des bétons ou des mortiers. D’où les
valeurs des résistances à la compression à 28 jours sur les éprouvettes de mortiers sont les
suivantes : FORTIA (37,19MPa), CIMTOGO (31,96MPa) et DIAMANT (30,46MPa). Les
valeurs de résistances à la compression obtenues sur les éprouvettes de béton à 28 jours, sont :
27,03MPa sur FORTIA, 24,40MPa sur DIAMANT et 23,64MPa sur CIMTOGO. Par ailleurs,
les essais de flexion sur les mortiers ont permis d’obtenir : 7,85MPa sur FORTIA ; 6,51MPa
sur DIAMANT et 7,06MPa sur CIMTOGO. Suite à l’essai de stabilité, nous avons déterminé
que nos ciments sont stables (0,7cm sur FORTIA, 0.8cm sur DIAMANT et 0,5cm sur
CIMTOGO). Ils ont des temps de prise allant de 2h59min (DIAMANT et CIMTOGO) à
3h30min (FORTIA). Ainsi nous avons pu déterminer que les ciments CPJ35 ne peuvent être
utilisés qu’en maçonnerie et pour les bétons peu sollicités ou faiblement armés c’est-à-dire pour
des ouvrages courants n’exigeant pas des grandes résistances. En outre, pour des ouvrages
spéciaux nécessitant de grandes résistances ou réalisés dans des environnements spéciaux, il est
également prévu des ciments spéciaux qui répondent aux exigences de l’ouvrage.
Afin de faciliter l’utilisation des ciments que nous avons étudiés, nous avons proposé une fiche
technique dont la compréhension et la lecture ont été expliquées dans le canevas d’élaboration
de la fiche technique.
Les résultats présentés dans notre document ne donnent qu’une idée générale sur les différents
types de ciments CPJ35 utilisés au Togo. Il serait judicieux de faire une étude sur différente
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66
production sur une période donnée afin de voir la dispersion des résultats pour de meilleures
conclusions. Notons que nous n’avons travaillé que sur l’aspect physico-mécanique entrainant
des limites dans la discussion des résultats. Ainsi, il serait bien de faire une étude chimique pour
renchérir cette étude.
Comme le disent les cimentiers, les matériaux réalisés avec du ciment ne sont pas complètement
inertes. Ils vivent. Ainsi il est important de connaitre la manière de conserver et d’utiliser ces
ciments afin d’atteindre les résistances souhaitées. Pour cela nous recommandons aux
cimentiers d’améliorer la communication au tour des conditions d’utilisation et de conservation
de leurs produits. Aux entreprises ayant une grande consommation en ciment, nous leur
recommandons de s’acquérir des normes régissant l’utilisation des ciments mais également des
normes régissant la réalisation et la mise en œuvre des bétons et des mortiers afin d’améliorer
leurs prestations et de proposer des ouvrages de qualité durable.
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67
BIBLIOGRAPHIE Ouvrage et articles
[1] Béton et constituants du béton - tome1 - bétons et adjuvants
[2] Holcim, Fiche technique de fabrication du ciment
[3] H. DAGOU Houljakbe. «ETUDE COMPARATIVE DES CARACTERISTIQUES
MECANIQUES DES CIMENTS UTILISES AU BURKINA FASO.» Ouagadougou,
2015.
[4] Jean FESTA, G. D. «Nouveau guide du béton et de ses constituants.» EYROLLES., 1998.
[5] LANCHON., R. «Cours de laboratoire, GRANULATS BETON SOL .» DESFORGES ,
1983
[6] Normalisation Française du Ciment. 1982.
[7] NF EN 1097 – 1 _ A1 : Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques
des granulats. Micro-Deval.». Avril 2004.
[8] EN 196 – 1: Méthodes d'essais de ciments - Partie1: détermination des résistances
mécaniques.». Août 1995.
[9] EN 196 – 3: méthodes d'essais de ciments - Partie 3 : détermination du temps de prise et de
la stabilité.». Janvier 2009.
[10] NF EN 1097 – 2 : Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques des
granulats. Résistance à la fragmentation. Octobre 1998.
[11] NF EN 1097 – 3 : Détermination des caractéristiques mécaniques et physiques des
granulats : Partie 3 : Méthode pour déterminer la masse volumique en vrac et de la
porosité inter granulaire. Août 1998.
[12] NF EN 1097 – 6: Détermination des caractéristiques mécaniques et physiques des granulats
: Partie 3 : Méthode pour déterminer la masse volumique réelle et du coefficient
d’absorption d’eau. Février 2006.
[13] NF EN 12350 – 2: Essai pour béton frais : Partie2 : Essai d’affaissement.». Décembre
1999.
[14] NF EN 12390 – 3 : Essai sur béton durci : Partie 3 : Résistance à la compression des
éprouvettes . Décembre 2001.
[15] NF P 18 357: Adjuvants pour béton, mortiers et coulis. Coulis courant d’injection pour
précontrainte, Fabrication. Juillet 1985.
[16] NF P18 358 : Adjuvants pour béton, mortiers et coulis. Coulis courants d’injection pour
précontrainte, Mesure de la fluidité et de la réduction d’eau. Juillet 1985.
[17] NF EN 197 – 1 : Ciment. Partie 1 : Composition, spécifications et critères de conformité
des ciments courants. Février 2001
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[18] NF P 18-406 : Essai de compression
[19] R. Dupain, R. L. «Granulats, sols, ciments, et bétons.» CASTEILLA, 1995.
[20] TOUZOUTI, Kamila. « Introduction aux nanociments et nanobétons.» 2012
[21] Tuan, Anh DANG. INSA de Rennes., NOVEMBRE 2011
[22] Michel ADAM, Gide pratique pour l’emploi des ciments, Eyrolles, 1982
[23] NF P 15-301 : Définitions, Classifications et Spécifications des ciments. 1982.
[24] CIMBETON, Les constituants des bétons et des mortiers, Fiches techniques Tome 1,
Septembre 2005
[25] TCHONDA Eyo-Mawaba Ditouma Jacob, « FORMULATION DE BETON DE
MATERIAUX (Sable et Gravier) DE LA RIVIERE BIDJOOUNOU DANS LA
PREFECTURE DE TCHAOUDJO AU TOGO » Novembre 2015.
[26] NF EN 206 – 1 : Béton, Partie 1 : Spécification, performances, production et conformité.
Avril 2004.
[27] Fabbris, F « La rhéologie du béton.Connaissance fondamentale, Laboratoire de matière.
Mai/juin 2013
[28]NF P18560 : Analyse granulométrique par tamisage, Septembre 1990.
[29] 2iE, Protocole de TP Technologie de construction, 2014 – 20015
[30] Nafissatou SAVADOGO, MISE EN OEUVRE D’UN ECO-CIMENT A BASE DE
MÂCHEFER DE CHARBON MINERAL, Juin 2013
[31] NF EN 12390 – 1 : Essai pour béton durci, Partie 1 : Forme, dimensions et autres
exigences relatives aux éprouvettes et aux moules. Octobre 2001.
[32] NF EN 12620, Granulat pour béton. Août 2003.
Gravier) DE LA RIVIERE BIDJOOUNOU DANS
Site internet
[33] http://www.febelcem.be. 13 décembre 2015. http://www.febelcem.be/fr/ciment-
applications/historique-du-ciment-origine-de-l-utilisation-du-ciment-histoire-du-
ciment.
[34] Le monde de GENIE CIVIL. jeudi 26 novembre 2015. http://forum-
btp.blogspot.com/2014/05/la-pate-de-ciment.html?view=mosaic.
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ANNEXES
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I
ANNEXE I : DIFFERENTS TYPES DE CIMENTS CPJ35 UTILISE AU TOGO
CIMENT DIAMANT
4000 FCFA / Paquet
CIMENT FORTIA
4000 FCFA / Paquet
CIMTOGO
4050 FCFA / Paquet
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II
ANNEXE II : ANALYSE GRANULOMETRIQUE
A) Analyse granulométrique du sable
LABORATOIRE NATIONAL
DU BATIMENT ET DES TP
B.P. 20100 Tel: 225 62 83
L. N. B. T. P.
ANALYSE GRANULOMETRIQUE PROVENANCE Zio (côté-Est)
ECHANTILLON sable fluvial roulé
DOSSIER
DATE 09/09/2015
POIDS INITIAL SEC 1 000 g OPERATEUR TCHOHOU.W
MODULES
AFNOR
TAMIS
Y mm
PASSOIRES
Y mm
REFUS
PARTIELS
REFUS
CUMULES % REFUS % PASSANT OBSERVATIONS
50 80 100 49 63 80 48 50 63 47 40 50 46 31,5 40 45 25 31,5 44 20 25 43 16 20 42 12,5 16 41 10 12,5 40 8 10 39 6,3 8 38 5 6,3 1,2 0,12 99,88 100 37 4 5 36 3,15 4 35 2,5 3,15 12,7 1,27 98,73 99 34 2 2,5 33 1,6 2 32 1,25 1,6 73,1 7,31 92,69 93 31 1,0 1,25 30 0,8 1,0 29 0,63 0,80 279,7 27,97 72,03 72 28 0,5 0,63 27 0,4 0,50 26 0,315 0,40 676,5 67,65 32,35 32 25 0,250 0,315 24 0,200 0,250 23 0,160 0,200 926,5 92,65 7,35 7 22 0,125 0,16 21 0,1 0,125 20 0,08 0,1 977,8 97,78 2,22 2 19 0,063 0,08 18 0,05 0,063 17 0,04 0,05
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III
Désignation Sable
Module de Finesse (MdF) 1,97
Coefficient d'uniformité (Cu) 3,12
Coefficient de courbure (Cc) 1,24
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IV
B) Analyse granulométrique du gravier
LABORATOIRE NATIONAL
DU BATIMENT ET DES TP
B.P. 20100 Tel: 225 62 83
L. N. B. T. P.
ANALYSE GRANULOMETRIQUE
PROVENANCE BEGBE (TGC)
ECHANTILLON Gneiss concassé
DOSSIER
DATE 09/09/2015
OPERATEUR TCHOHOU.W POIDS INITIAL SEC 2 000 g
MODULES
AFNOR
TAMIS
Y mm
PASSOIRES
Y mm
REFUS
PARTIELS
REFUS
CUMULES % REFUS % PASSANT OBSERVATIONS
50 80 100 49 63 80 48 50 63 47 40 50 46 31,5 40 45 25 31,5 0 0,00 100,00 100 44 20 25 226,2 11,31 88,69 89 43 16 20 552,7 27,64 72,37 72 42 12,5 16 1063,4 53,17 46,83 47 41 10 12,5 1289,4 64,47 35,53 36 40 8 10 1554,6 77,73 22,27 22 39 6,3 8 1788,2 89,41 10,59 11 38 5 6,3 1918,5 95,93 4,08 4 37 4 5 36 3,15 4 35 2,5 3,15 1995,1 99,76 0,25 0 34 2 2,5 33 1,6 2 32 1,25 1,6 31 1,0 1,25 30 0,8 1,0 29 0,63 0,80 28 0,5 0,63 27 0,4 0,50 26 0,315 0,40 25 0,250 0,315 24 0,200 0,250 23 0,160 0,200 22 0,125 0,16 21 0,1 0,125 20 0,08 0,1 19 0,063 0,08 18 0,05 0,063 17 0,04 0,05
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V
Désignation Graviers
Coefficient d'uniformité (Cu) 2,54
Coefficient de courbure (Cc) 0,99
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VI
C) Analyses granulométriques des ciments
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100 1000
% C
um
ulé
s
Taille en µm
Superposition des Courbes Granulométriques des Ciments
CIM TOGO CIM FORTIA CIM DIAMANT
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VII
ANNEXE III : EQUIVALENT DE SABLE NON LAVE
EQUIVALENT DE SABLE
Prise d'essai 1 2
Nature du sable Sable roulé du fleuve de
Zio (côté Est)
Hauteur du floculat H1 (cm) 14,10 14,20
hauteur du piston H2 (cm) 8,90 8,80
E.S. Piston = 𝑯𝟐
𝑯𝟏× 𝟏𝟎𝟎 63,12 61,97
Moyenne (cm) 63
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X
ANNEXE IV : DENSITE SPECIFIQUE
DENSITE spécifique ou absolue
Types de ciments étudiés CIMTOGO DIAMANT FORTIA
Essais Essai n°1 Essai n°2 Essai n°1 Essai n°2 Essai n°1 Essai n°2
Masse du Pycno : 𝒎𝟏 (g) 147,70 147,70 147,70 147,70 147,70 147,70
Masse du Pycno + échantillon : 𝒎𝟐 (g) 247,74 266,87 265,76 268,85 273,81 270,68
Masse du Pycno + échantillon + eau 𝒎𝟑 (g) 527,27 539,47 539,3 541,41 544,82 542,08
Masse du pycno + eau 𝒎𝟒 (g) 462,83 462,83 462,83 462,83 462,83 462,83
Densité absolue 𝜸𝒔 = 𝒎𝟐−𝒎𝟏
(𝒎𝟒+𝒎𝟐)−(𝒎𝟑+𝒎𝟏) 2,81 2,80 2,84 2,85 2,86 2,81
Moyenne 2,81 2,84 2,84
DENSITE SPECIFIQUE (Eprouvette graduée)
Désignation Volume
initial d'eau Volume final du
liquide Volume d'eau
déplacé Densité
Densité Moyenne
Graviers 500
680 180 2,78
2,78 680 180 2,78
680 180 2,78
Sable 500
690 190 2,63
2,62 690 190 2,63
692 190 2,6
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XI
ANNEXE V : MASSE VOLUMIQUE APPARENTE
MASSE VOLUMIQUE APPARENTE
Désignation Masse pesée
(g) Volume du bocal
(cm3) Densité (g/cm3)
Densité Moyenne (g/cm3)
Graviers
4770,5
3375
1,41
1,44 4958,5 1,47
4885,6 1,45
Sable
2245
1571
1,43
1,43 2243 1,43
2256,5 1,44
Ciment FORTIA
1015
1000
1,02
1,01 1007 1,00
1019 1,02
Ciment DIAMANT
1125,1 1,13
1,12 1111,77 1,11
1106,77 1,11
Ciment TORO
989,08 0,99
0,99 993,4 0,99
988,08 0,99
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XII
ANNEXE VI : RESISTANCE A LA FRAGMENTATION ET A L’USURE
A) RESISTANCE A LA FRAGMENTATION : ESSAI LOS ANGELES
𝑳𝑨 = 𝑷
𝑴× 𝟏𝟎𝟎 𝑎𝑣𝑒𝑐 𝑃 = 𝑀 − 𝑚
B) RESISTANCE A L’USURE : ESSAI MICRO-DEVAL
𝑴𝑫𝑬 =𝑷
𝑴× 𝟏𝟎𝟎 𝑎𝑣𝑒𝑐 𝑃 = 𝑀 − 𝑚
Désignation 1er Essai 2ème Essai
Classe granulaire 10/14 10/14
Masse totale charges des boules (g) 5000 5000
Masse de matériaux prélevés M (g) 500 500
Nombre de tours programmés 12000 12000
Masse à la fin des tours m (g) 450 450
Masse d'éléments inférieurs à 1,6 mm P (g) 50 50
MDE 10 10
Moyenne MDE 10
Désignation 1er Essai 2ème Essai 3ème Essai
Classe granulaire 10/14 10/14 10/14
Nombre de boules 9 9 9
Masse totale charges des boules 3960 3960 3960
Masse de matériaux prélevés M (g) 5000 5000 5000
Nombre de tours programmés 500 500 500
Masse de refus sec m(g) 3441,4 3443,4 3442,4
Masse de passant P (g) 1558,6 1556,6 1557,6
Coefficient de Los Angeles (LA) 31,17 31,13 31,15
Moyenne-LA 31,15
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XIII
ANNEXE VII : FORMULATION DE BETON
FORMULATION COMPLETE DE BETON : METHODE DE DREUX GORISSE
Hypothèse de calcul
Résistance souhaitée à 28 jours 𝑓𝑐28 = 22 𝑀𝑃𝑎 ;
Affaissement au cône d’Abrams St= 6cm (Béton de consistance plastique) ;
Coefficient granulaire G= 0,5 car D= 25 mm et les granulats sont de qualité courante ;
Ciment utilisé : CPJ35 ; la classe vrai utilisé pour les calculs est 𝜎𝑐 = 35 𝑀𝑃𝑎 ;
Masses volumiques spécifiques {
𝑆𝑎𝑏𝑙𝑒 𝜌𝑠 = 2,62 𝑘 /𝑙𝐺𝑟𝑎𝑣𝑖𝑒𝑟 𝜌𝑔 = 2,78 𝑘 /𝑙
𝐸𝑎𝑢 𝜌𝑒 = 1,0 𝑘 /𝑙
Diamètre maximal des granulats : 𝐷𝑚𝑎𝑥 = 25𝑚𝑚.
Dosage en ciment
Dosage minimum en ciment
Avec une majoration de 15% nous aurons 𝒇𝒄𝟐𝟖 = 𝟐𝟐 × 𝟏, 𝟏𝟓 = 𝟐𝟓, 𝟑 𝑴𝑷𝒂
𝐶𝑚𝑖𝑛 = 250 + 10 × 𝑓𝑐28
√1,25 × 𝐷5
= 250 + 10 × 25,3
√1,25 × 255
= 252,70 𝑘 /𝑚3
𝑪 ≥ 𝟐𝟓𝟐, 𝟕𝟎 𝒌𝒈/𝒎𝟑
Détermination du rapport E/C
𝐶
𝐸=
𝑓𝑐28𝜎𝑐 × 𝐺
+ 0,5 = 25,3
35 × 0,5+ 0,5 = 1,95
𝐶
𝐸= 1,95 ⇒
𝑬
𝑪= 𝟎, 𝟓𝟏
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XIV
Abaque permettant d’évaluer approximativement le dosage en ciment en fonction du rapport C/E et
de l’affaissement
Ainsi avec 𝑪
𝑬= 1,95 et un affaissement A= 6cm, nous obtenons un dosage optimal en ciment
égal 350 𝒌𝒈/𝒎𝟑 et la quantité d’eau optimale est 𝑬 = 𝟎, 𝟓𝟏 × 𝟑𝟓𝟎 = 𝟏𝟕𝟖, 𝟓 ≈ 𝟏𝟕𝟗 𝒌𝒈
Détermination des coordonnées du point de brisure A
Avec D = 25mm, l’abscisse du point de brisure A est égale à la moitié de D :
𝑿𝑨 = 𝟐𝟓
𝟐= 𝟏𝟐, 𝟓
L’ordonnée est égale à : 𝑌𝐴 = 50 − √𝐷 + 𝑘 + 𝑘𝑠 𝑎𝑣𝑒𝑐 𝑘𝑠 = 6𝑀𝑑𝐹 − 15 (MdF= Module de
Finesse) ; k = 0 car le dosage est de 350 𝑘 /𝑚3 et le sable avec lequel nous travaillons est
roulé.
𝑌𝐴 = 50 − √25 + (6 × 1,97 − 15) = 41,82 ≈ 42
⇒ 𝑨: {𝑿𝑨 = 𝟏𝟐, 𝟓𝒀𝑨 = 𝟒𝟐
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XV
Nous obtenons à partir de la courbe de référence et de la ligne de partage les proportions
suivantes :
Graviers = 68% et Sable = 32%
Dosage en granulat
Le Coefficient de compacité 𝛾
Soit 𝛾 = 0,827 avec 𝛾 = 𝑉𝑔+𝑉𝑠+𝑉𝑐
1000
Volume absolu du ciment
𝑉𝐶 =350
3,1= 112,90 l
Soit V = 𝑉𝑔 + 𝑉𝑠 le volume des granulats
V = 1000𝛾 - 𝑉𝑐 donc V = 1000 × 0,827 – 112,90
V = 714,1 l
𝑉𝑔 = 68%𝑉 𝑒𝑡 𝑉𝑠 = 32%𝑉
Donc 𝑉𝑔 = 485,59𝑙 𝑒𝑡 𝑉𝑠 = 228,51𝑙
Nous obtenons ainsi les poids des granulats comme suit :
𝑃𝑔 = 𝜌𝑔𝑉𝑔 = 2780 × 0,48559 = 1349,94𝑘
𝑃𝑠 = 𝜌𝑠𝑉𝑠 = 2620 ∗ 0,22851 = 598,70𝑘
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XVI
Récapitulatif de la composition du béton
C = 350kg/m3 G = 𝟏𝟑𝟒𝟗, 𝟗𝟒kg/m3
E = 179kg/m3 S = 𝟓𝟗𝟖, 𝟕𝟎kg/m3
La masse volumique du béton est de :
∆𝑏=350+179+1349,94+598,70
1000= 2,48
∆𝒃= 𝟐, 𝟒𝟖
Pour 6 moules de section16 × 32, on a :
Volume des 6 moules
𝑉 = 6 × 1,15 × (𝜋 ×1,62
4× 3,2)
𝑽 = 𝟒𝟒, 𝟒𝟎 ≈ 𝟒𝟓𝒍
Ainsi on a les proportions comme suit :
Désignation Ciment Graviers Sable Eau
Proportion
pour
6moules (kg)
15,75 60,75 26,76 8,1
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XVI
ANNEXE VIII : FICHES TECHNIQUES DES CIMENTS ETUDIES
Stabilité
Temps de prise
Densité sur béton
Humide
Chaudes
CA
RA
CT
ER
IST
IQU
ES
DU
PR
OD
UIT
CA
RA
CT
ER
IST
IQU
ES
PH
YS
IQU
ES
0,99 t/m ᵌ
2,81 t/m ᵌ
Eprouvette de
mortier Résistance à la
compression17,48 MPa 31,96 MPa
CA
RA
CT
ER
IST
IQU
ES
ME
CA
NIQ
UE
S
FICHE TECHNIQUE
CLASSE COMMERCIALE ET
CLASSE DE RESISTANCE
PROVENANCE DU PRODUIT
TYPE DE PRODUIT
Masse volumique
apparente
PR
ES
EN
TA
TIO
N D
U
PR
OD
UIT
CIMTOGO
CEMII 32,5N
CPJ35CIMENT PORTLAND
COMPOSÉ
28 jours
5,06 MPa 7,06 MPa
ORIENTATION CONSERVER A L'ABRI DE L'AIR ET DE L'HUMIDITE
NON
OUI
OUI
OUI
OUI
DO
MA
INE
D'A
PP
LIC
AT
ION
Bon pour mortier
Bon pour béton
Bon pour béton armé de faible
résistance
Bon pour béton armé exigeant de haute
résistance NON
ZONE
2h59 min
2,35 t/m ᵌ
COURBE GRANULOMETRIQUE
Résistance à la
flexion
Masse volumique
spécifique
0,5 mm
7 jours
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XVII
Stabilité
Temps de prise
Densité sur béton
Humide
Chaudes
FICHE TECHNIQUE
PR
ES
EN
TA
TIO
N D
U
PR
OD
UIT
PROVENANCE DU PRODUIT DIAMANT
TYPE DE PRODUIT CEMII 32,5N
CLASSE COMMERCIALE ET
CLASSE DE RESISTANCE
CIMENT PORTLAND
COMPOSÉCPJ35
CA
RA
CT
ER
IST
IQU
ES
DU
PR
OD
UIT
CA
RA
CT
ER
IST
IQU
ES
PH
YS
IQU
ES
Masse volumique
apparente1,11 t/m ᵌ
COURBE GRANULOMETRIQUE
Masse volumique
spécifique2,84 t/m ᵌ
0,8 mm
2h59 min
2,41 t/m ᵌ
7 jours 28 jours
CA
RA
CT
ER
IST
IQU
ES
ME
CA
NIQ
UE
S
Résistance à la
flexion5,14 MPa 6,51 MPa
Eprouvette de
mortier Résistance à la
compression20,25 MPa 30,46 MPa
ORIENTATION CONSERVER A L'ABRI DE L'AIR ET DE L'HUMIDITE
Bon pour mortier OUI
Bon pour béton OUI
Bon pour béton armé de faible
résistanceOUID
OM
AIN
E
D'A
PP
LIC
AT
ION ZONE
NON
OUI
Bon pour béton armé exigeant de haute
résistance NON
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XVII
I
Stabilité
Temps de prise
Densité sur béton
Humide
Chaudes
FICHE TECHNIQUE
PR
ES
EN
TA
TIO
N D
U
PR
OD
UIT
PROVENANCE DU PRODUIT FORTIA
TYPE DE PRODUIT CEMII 32,5N
CLASSE COMMERCIALE ET
CLASSE DE RESISTANCE
CIMENT PORTLAND
COMPOSÉCPJ35
CA
RA
CT
ER
IST
IQU
ES
DU
PR
OD
UIT
CA
RA
CT
ER
IST
IQU
ES
PH
YS
IQU
ES
Masse volumique
apparente1,01 t/m ᵌ
COURBE GRANULOMETRIQUE
Masse volumique
spécifique2,84 t/m ᵌ
0,7 mm
3h30 min
2,41 t/m ᵌ
7 jours 28 jours
CA
RA
CT
ER
IST
IQU
ES
ME
CA
NIQ
UE
S
Résistance à la
flexion5,12 MPa 7,85MPa
Eprouvette de
mortier Résistance à la
compression22,33 MPa 37,19 MPa
ORIENTATION CONSERVER A L'ABRI DE L'AIR ET DE L'HUMIDITE
Bon pour mortier OUI
Bon pour béton OUI
Bon pour béton armé de faible
résistanceOUID
OM
AIN
E
D'A
PP
LIC
AT
ION ZONE
NON
OUI
Bon pour béton armé exigeant de haute
résistance NON