Etude de Comportement d'un Béton Hydraulique Modifié ... · UNIVERSITÉ KASDI MERBAH-OUARGLA FACULTÉ DES SIENCES APPLIQÉES Département de Génie Civil et d'Hydraulique MÉMOIRE

UNIVERSITÉ KASDI MERBAH-OUARGLA

FACULTÉ DES SIENCES APPLIQÉES

Département de Génie Civil et d'Hydraulique

MÉMOIRE DE MASTER

Filière: Génie Civil

Spécialité: Etude & Contrôle des Bâtiments & Routes

Thème

Présenté par:

HANI Awda

Soutenue publiquement le 31/05/2016 devant le jury composé de:

M r. DJOUHRI M. Maître assistant A UKMO Président

M r. BELFERRAG A. Maître assistant A UKMO Examinateur.

M elle

. BOUAKA W. Doctorante UKMO Promotrice.

M elle

. AKCHICHE H. Maître assistant A UKMO Co-Promotrice.

PROMOTION: 2015-2016

Etude de Comportement d'un Béton Hydraulique

Modifié (déchets des pneus)

Dédicaces

Je dédie ce travail :

A celle qui ma inséré le goût de la vie et le sens de la

Responsabilité….merci chère MERE.

A celui qui a été toujours ma source d’inspirations

et de courage ….merci chez PERE.

A mon adorable et cher frère

Mahmoud

A mes sœurs Safa, Meriem, Ikhlass et May.

A ma sœur Noura et son mari Belkhir et sa famille Djouhri

A Abd alhak.

A mon cousin Belkacem Fillali Nour Eddine.

A la famille Hani et Belkacemi

A tous mes amis spécialement Hassiba, Hadjira, Djallila,Kaouther, Meriem,

Naima ,Samiha, Fatima.

A la promotion et génie civil 2015/2016.

Remerciements

Je remercie Dieu de nous avoir donné la force de mener à bien nos études.

Je remercie particulièrement ma promotrice Melle

BOUAKA Wafa pour l’aide et les

conseils qu’il m’a donné pour l’accomplissement de ma tâche.

Je tiens à exprimer mes remerciements et gratitude à ma co-promotrice Madame

AKCHICHE Hamida, pour avoir suivi attentivement et efficacement l'évolution de

ce travail.

Mes vifs remerciements à Monsieur DJOUHRI Mohamed et BELFERRAG

Allaoua, pour l'honneur qu’ils m’ont fait en acceptant de juger et d'examiner ce

travail et de faire partie du jury soutenance.

Au personnel du laboratoire des travaux publics du sud (unité d’Ouargla) qui

nous ont facilité la tâche et aidé à la réalisation de nos essais; plus particulièrement

Messieurs HAFSI Abdellatif, HACHANI Mohamed Ibrahim, FOULANI Mourad et

GAROUT Maamar.

A Monsieur BOUBLAL M. du laboratoire LEC pour l’aide et le soutien qu’il nous

a apporté, notamment Messieurs: FAROUK, AISSA, GEZZANE Mohammed et tout

avec son nom.

Je remercie aussi les enseignants et les employés du Département Hydraulique et

Génie Civil de l’Université d’Ouargla.

Ainsi que les étudiants de la promotion 2016 Master Génie Civil (UKMO).

En fin, à tous ceux qui, de prés ou de loin, ont contribué à l’achèvement de ce

modeste travail.

Table des Matières

Remerciements ………………………………………………………………………….……….…...I

Liste des tableaux ………………………………………………………………………………….. II

Liste des figures ……………………………………………………………………………………..III

Liste des photos …………………………………………………………………………………......VI

INTRODUCTION GENERALE…………………………………………..………………………….1

PREMIER PARTIE - RECHARCHE BIBLIOGRAPHIQUE

CHAPITRE I: APERÇU GENERAL SUR LES AGREGATS ET LES LIANTS

HYDRAULIQUES

I.2. LES AGRÉGATS……………………………………………………………………….………3

I.2.1. Définition……………………………………………………………………….………….3

I.2.2. Différents Types Des Agrégats………………………………………………………….…3

I.2.2.1. Les Agrégats Naturels…………..………………………………………………….....…..4

I.3. CIMENT…………………………………………………………………………………….…..7

I.3.1. Définition…………………………………………………………………………………...7

I.3.2. Ciment Portland………………………………………………………………………….…7

I.3.3. Catégories de ciment……………………………………………………………………….8

I.4. EAU DE GACHAGE…………………………………………………………………………...8

I.5. CONCLUSION…………………………………………………………………………….……9

CHAPITRE II: GENERALITE SUR LE BETON HYDRAULIQUE

II.1. INTRODUCTION

II.2. BÉTON HYDRAULIQUE……………………………………………………………………10

II.2.1. Définition………………………………………………………………………….……..10

II.2.2. Domaines d’Application Du Béton …………………………………………….……….10

II.2.3. Les Avantages Et Les Inconvénients De l’Emploi Du Béton………………………………11

II.2.4. Constituants Des Bétons……………………………………………………………….….…11

II.2.4.1. Ciment ………………………………………………………………………………...11

II.2.4.2. Granulats……………………………………………………………………………...11

II.2.4.3. Eau de gâchage…………………………………………………………………….….11

II.2.5. Formulation Du Béton…………………………………………………………………..…....12

II.2.5.1. Méthode Dreu -Gorisse………………………………...………………………..…..….12

II.2.6. Propriétés Fondamentales d’un Béton………………………………………….……..…..…...12

II.2.6.1. Propriétés de béton frais…………………………………………………………...…...12

II.2.6.2. Propriétés de béton durci……………………………………………………………….14

II.3. CONCLUSION…………………………………………………………………….…..…….…20

CHAPITRE III: APERҪU SUR LE CAOUTCHOUC

III.1. INTRODUCTION…………………………………………………………………..…...……21

III.2. DÉFINITION………………………………………………………………………………....21

III.3. ORIGINE DU CAOUTCHOUC………………………………………………………...……21

III.4. PROPRIETES DE CAOUTCHOUC………………………………………………….….…..22

III.5. CLASSIFICATION DES CAOUTCHOUCS………………………………………….…..….22

III.6. PROCESSUS DE FABRICATION DE GRANULES ET POUDRETTE DE PNEUS

USES………………………………………………………………..……………………..….……..23

III.7. L’UTILISATION DE GRANULES ET POUDRETTE DE CAOUTCHOUC POUR

BETON……………………………………………………………………………..…………...…...23

III.8. CONCLUSION…………………………………………………………………….…....…….24

DEUXIÈME PARTIE - ÉTUDE EXPÉRIMENTALE

CHAPITRE IV:CARACTÉRISATIONS DES MATÉRIAUX UTILISÉS

IV.1. INTRODUCTION……………………………………………………………………………25

IV.2. LES MATERIAUX UTILISÉS………………………………………………………….……25

IV.3. ESSAIS D’IDENTIFICATION SUR LES AGREGATS……………………………...….….26

IV.3.1. Analyse Granulométrique ……………………………………………………….……26

IV.3.2. Masse Volumique ……………………………………………………………….….…30

IV.3.3. Le Coefficient d’Absorption d’Eau…………………………………………….….…..32

IV.3.4. La Propreté Superficielle ………………………………………………………..….....32

IV.3.5. Equivalent de sable…………………………………………………………..…….…..33

IV.3.6. Los Angeles……………………………………………………………….……..…......35

IV.3.7. Micro-Deval ……………………………………………………………….…….……..36

IV.3.8. Analyse chimique des granulats……………………….……………………….............37

IV.3.9. Analyse chimique eau de gâchage ……………………….…………………….…….....37

IV.1. 4.CONCLUSION ………………………………….………………………………..….…......38

CHAPITRE V/ FORMULATION DU BETON ET PRESENTATION DES ESSAIS

EXPERIMENTAUX

V.1. INTRODUCTION……………………………………………………………………….……39

V.2. FORMULATION DU BETON………………………………………………………….….…39

V.2.1. Composition De Béton ………………………………………………..…………….…39

V.2.2. Méthode DREUX-GORISSE…………………………………………………………..39

V.2.3. Choix De la Méthode De Formulation ……………………………………………......39

V.2.4. Méthodologie d’Étude……………………………………………………..……….…..40

V.2.5. Dosages Des Bétons…………………………………………………………………....40

V.2.6. Confection Des Éprouvettes………………………………………………………..…..42

V.2.6.1. Malaxage……………………..…………………………………………..…….….42

V.2.6.2. Moulage et démoulage …………..………..………………………………….…..43

V.2.6.3. Conservation des éprouvettes………………………………………………….…43

V.3. PRÉSENTATION DES ESSAIS EXPERIMENTAUX………………………………….…..43

V.3.1.Essai Sur Béton Frais……………………………………………………………….....43

V.3.1.1. Mesure de la consistance ……………………………………………................43

V.3.2. Essais Sur Béton Durci…………………………………………………..….…….….44

V.3.2.1. Essais destructif ………………………………………………...……….…...44

V.3.2.2. Essais non destructif…………………………………………….……..……..46

V.4. CONCLUSION…………………………………………………………………………...….46

CHAPITRE VI / RESULTATS ET INTERPRITATIONS

VI.1. INTRODUCTION………………………………………………………….………………..48

VI.2. RESULTATS DES ESSAIS………………………………………………….……………..48

VI.2.1. Essai de consistance……………………………………………...…………………..48

VI.2.2.Essai De Résistance À la Compression……………………..….…………………....49

VI.2.3 Essai de résistance à la traction par fendage…………………………..……………..51

VI.2.4- Essai de résistance à la traction par flexion………………………….….………......52

VI.2.5- Essai ultrasonique………………………………………………………………………53

VI.3. CONCLUSION………………………………………………………………………………55

CONCLUSION GÉNÉRALE……………………………………………………………….….….56

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

ANEXES.

RÉSUMÉ.

III

LISTE DES FIGURES

Figure I.1: Les différents types des agrégats………………………………....... 4

Figure I.2: Les différents types du sable roulé…................................................. 5

Figure I.3: La fabrication du ciment…………………………………………………. 7

Figure II.1: Les constituants du béton………………………………………………… 10

Figure II.2: Mesure de l'affaissement au cône d'Abrams…………………………….. 13

Figure II.3: Résistance à la compression sur prisme, cylindre et sur cube……………. 15

Figure II.4: Les essais de traction………………………………………………… 16

Figure II.5: Appareil de mesure d’ultrasons………………………………………….. 17

Figure II.6: Mode de propagation des ondes ultrasonores………………………….. 18

Figure II.7: Appareillage pour la mesure du retrait……………………………….. 20

Figure VI.1: Courbe d’analyse granulométrique du GR (3/8)……………………….. 28

Figure VI.2: Courbe d’analyse granulométrique du GR (8/15)…………………….. 28

Figure VI.3: Courbe d’analyse granulométrique du Sable………………………… 29

Figure VI.4: Courbe d’analyse granulométrique du Poudrette de caoutchouc………. 29

Figure VI.5: Mesure de l’équivalent de sable…………………………………….. 34

Figure V.1: La courbe de mélange…………………………………………….. 40

Figure VI.1: Variation de la résistance à la compression……………………………. 49

Figure VI.2: Variation de la résistance à la traction par fendage…………………… 52

Figure VI.3 Variation de la résistance à la traction par flexion…………………… 53

Figure VI.4: Variation de la vitesse du son……………………………………….. 54

III

LISTE DES FIGURES

Figure I.1: Les différents types des agrégats………………………………....... 4

Figure I.2: Les différents types du sable roulé…................................................. 5

Figure I.3: La fabrication du ciment…………………………………………………. 7

Figure II.1: Les constituants du béton………………………………………………… 10

Figure II.2: Mesure de l'affaissement au cône d'Abrams…………………………….. 13

Figure II.3: Résistance à la compression sur prisme, cylindre et sur cube……………. 15

Figure II.4: Les essais de traction………………………………………………… 16

Figure II.5: Appareil de mesure d’ultrasons………………………………………….. 17

Figure II.6: Mode de propagation des ondes ultrasonores………………………….. 18

Figure II.7: Appareillage pour la mesure du retrait……………………………….. 20

Figure VI.1: Courbe d’analyse granulométrique du GR (3/8)……………………….. 28

Figure VI.2: Courbe d’analyse granulométrique du GR (8/15)…………………….. 28

Figure VI.3: Courbe d’analyse granulométrique du Sable………………………… 29

Figure VI.4: Courbe d’analyse granulométrique du Poudrette de caoutchouc………. 29

Figure VI.5: Mesure de l’équivalent de sable…………………………………….. 34

Figure V.1: La courbe de mélange…………………………………………….. 40

Figure VI.1: Variation de la résistance à la compression……………………………. 49

Figure VI.2: Variation de la résistance à la traction par fendage…………………… 52

Figure VI.3 Variation de la résistance à la traction par flexion…………………… 53

Figure VI.4: Variation de la vitesse du son……………………………………….. 54

V

LISTE DES PHOTOS

Photo I.1: Agrégat siliceuse………………………………………………………….. 4

Photo I.2: Agrégat calcaire…………………………………………………………… 4

Photo I.3: Gravier roulés de Hassi Ben Abd Allah……………………………….. 5

Photo I.4: Gravier roulé de Hassi Sayeh……………………………………….. 6

Photo I.5: Gravier roulé d'Oued N’ssa……………………………………………….. 6

Photo III.1: poudrette de caoutchouc……………………………………………… 21

Photo IV.1 Les matériaux utilisés………………………………………………. 26

Photo V.1 : Remplissage du cône par le béton……………………………………. 44

Photo V.2 : mesure de l'affaissement……………………………………………….. 44

Photo V.3 : presse d'écrasement………………………………………………………… 44

Photo V.4: dispositif de flexion à 4 points. …………………………………………… 45

Photo V.5: Essai de traction par flexion………………………………………….. 45

Photo V.6: réglette en contre-plaqué……………………………………………. 46

Photo V.7: Essai de traction par fendage…………………………………………. 46

Photo V.8: appareil de mesure ultrasonique………………………………………. 46

Photo V.9: Mesure de retrait……………………………………………………. 47

Photo VI.1: les fissurations de chaque béton C0,C1, C2 et C3……………………… 51

INTRODUCTION GÉNÉRALE

1


Le béton est un matériau le plus utilisé dans les voies, et la construction, grâce à ses propriétés à

savoir la facilité de moulage, la rigidité, la résistance à la compression et la tenue au feu. Il existe

plusieurs types de béton tel que: béton hydraulique, béton de fibre, béton précontraint… ; Le béton

est un matériau hétérogène, à des caractéristiques physico-chimiques et mécaniques assez-

complexe. Il est composé essentiellement de: granulats, ciment et d’eau de gâchage. Chacun de

composants joue un rôle bien précis dans le mélange.

Les granulats, le sable et le gravier constituent les composants inertes du béton. Ils contribuent à

l’amélioration de la compacité, de l’homogénéité, de l’ouvrabilité et de la résistance du béton. Notre

choix doit s’orienter vers des granulats durs, propres, de granulométrie continue; ces pour ce la on

L’Algérie importe en moyenne 49,62 milliers de tonnes de pneumatiques en caoutchouc, selon

l’Agence Nationale de Promotion du Commerce Extérieur (2004). Ces déchets issus du

développement économique notamment des secteurs industriels et de transport peuvent être restitués

sous une autre forme sans les abandonner dans la nature. Il convient de valoriser ces déchets lorsque

le recyclage provoque une pollution de l’environnement moindre qu’un autre mode d’élimination.

Ainsi renoncera-t-on à valoriser les pneus usagés non réutilisables dans le béton.

Pour atteindre ce but, on a divisé le présent travail en deux parties:

• Recherche bibliographique: qui renferme les notions de base nécessaires à la compréhension

du contenu du mémoire, se divise en trois (03) chapitres :

Le premier chapitre traite le type d’agrégat, de l’origine, de la genèse des matériaux prospectés,

ainsi se les liants hydrauliques.

Le second chapitre est un aperçu général sur le béton hydraulique.

Dans le troisième chapitre, il contient des notions générales sur le caoutchouc et leur utilisation

comme un granulat dans le béton.

• Étude expérimentale: se divise en trois (03) chapitres :

Le quatrième chapitre est, en somme, une présentation de méthodes et de normes expérimentales

relatives aux essais à mener sur les matériaux utilisés pour la confection des différents mélanges.

Dans le chapitre cinq, il est consacré à l'étude de la composition des différents bétons à

confectionner et à l'étude expérimentale des propriétés du béton ordinaire "témoin" à base de gravier

roulé. On a utilisé les déchets de caoutchouc comme granulats dans le béton en substitution d’une

fraction massique du sable avec des taux de substitution de (05%, 10% et15%) .


2

Le dernier chapitre expose les différents résultats expérimentaux relatifs aux différents essais

effectués sur les bétons. Une analyse et une discussion des résultats, suivies d'une comparaison avec

ceux trouvés dans la littérature, sont également présentées dans ce chapitre.

Enfin, une conclusion est rédigée pour souligner les résultats le plus importants ainsi que des

recommandations.

PARTIE I RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE

3

CHAPITRE I/ APERÇU GENERAL SUR LES AGREGATS ET LES

LIANTS HYDRAULIQUES

I.1. INTRODUCTION

La construction de l’habitat et l’aménagement de l’environnement font appel à trois grands secteurs

d’activités, qui sont les industries de carrière et matériaux de construction, le bâtiment et les travaux

publics. Tous les travaux liés à ces secteurs d’activités utilisent des matières premières naturelles en

tant que morceaux de roches ou alluvionnaires (sous forme de sables et graviers), soient obtenues

artificiellement par traitement de roches naturelles ou des déchets industriels et parfois l’utilisation des

déchets inertes. Leur nature et leur forme varient en fonction des gisements et des techniques de

production.

I.2. LES AGRÉGATS

I.2.1. Définition :

On appel agrégat, les matériaux inertes: sables, gravillons ou cailloux, utilisés dans le domaine de

construction ou routière, liés à d’autre liant, pour obtenir des mortiers, bétons hydraulique, bétons

bitumineux...etc. C'est l'ensemble des grains minéraux de différentes dimensions comprises entre 0 et

125 mm le plus fréquemment, dont l’origine naturelle, artificielle ou provenant de recyclage [1]. Les

agrégats sont les principaux constituants du béton. Ils sont le squelette du béton et représentent en

moyenne 70% du poids total du béton [2].

I.2.2. Différents types des agrégats

Selon la norme NF EN 12620 on peut classer les agrégats en trois catégories:

• Naturel : d’origine minérale, issus des roches meubles (alluvions) ou de roches massives, n’ayant

subi aucune transformation autre que mécanique (tels que concassage, broyage, criblage, lavage).

• Artificiel : d’origine minérale résultant d’un procédé industriel comprenant des transformations

thermiques ou autres.

• Recyclé : obtenu par traitement d’une matière inorganique utilisée précédemment dans la

construction, tels que des bétons de démolition de bâtiments.


4

I.2.2.1. Les agrégats naturels :

Les agrégats de roche meuble (agrégats roulés) :

a) Définition :

b) Origine minéralogique :

• Sable roulé:

C'est un mélange meuble de grains varient de 0.14 à 5mm. Selon les conditions de formation on

distingue les sables alluviaux, de mer, de dune ou désert. [5]

- Graviers roulés de Hassi Ben Abd Allah:

C'est un gravier au coloris mélangés de beige, blanc,…..

Gravier roulé de Hassi Sayeh:

C'est une comporte deux formes de particules: des particules de couleur gris, enrobées d’une couche

de calcaire et des particules brunâtre. [7]

Photo I.4: Gravier roulé de Hassi Sayeh [7].

c) Production de gravier roulé:

La production des agrégats de roche meuble (gravier roulée) nécessite une opération de l’extraction.

Les techniques mises en œuvre dépendent du type de gisement :


5

• En site terrestre (milieu sec): c’est le cas des gisements des granulats alluvionnaires qui se situent

au dessus du niveau de l’eau. L’exploitation se fait à l’aide des engins traditionnels -à cause de la

faible demande de cette matière- tels que: les pelles manuelles et la grille de tamisage…..

• En site émergé (milieu hydraulique): on utilise des engins flottants tels que drague à godets, à

grappin ou drague suceuse.

Si le site émergé est peu profond, on utilise des pelles à câble équipées en draglines, des pelles

hydrauliques ou des excavateurs à godets. Le dragage ramène à la surface le tout venant qui est ensuite

chargé sur bateaux, sur camions ou sur bandes transporteuses en bord de rive. [3]

d) Utilisations :

Le gravier roulé se compose de pierres arrondies dans une vaste palette de couleurs, fréquemment

utilisé comme :

- revêtement de toiture;

- Réalisation de bordures anti éclaboussures contre les murs de bâtiments;

- Matériaux décoratifs dans aménagement paysage; - Confection du bétons armés ou non armés.

I.3. CIMENT

I.3.1. Définition

Le ciment est un liant hydraulique, cést-à-dire une matière inorganique finement moulue qui,

gâchée avec léau, forme une pâte qui fait prise et durcit par suite de réactions et processus

d´hydratation et qui, après durcissement, conserve sa résistance et sa stabilité même sous léau. [2]

I.3.2. Ciment Portland:

Le constituant principal du ciment est le calcaire (CaCO3) et argiles(SiO2-Al2O3) sont extraits des

carrières généralement à ciel ouvert puis concassés, homogénéisés, portés à haute température

(1450C°) dans un four .le produit obtenu après refroidissement rapide (la trempe) est le Clinker de

couleur gris ou marron.[9] le mélange fritté forme des grains dont les dimensions vont jusqu'à 40mm.

Pour régler le temps de prise du ciment on ajoute au clinker pendant le broyage du Gypse (CaSo4

2H2O) 1.5 à 3.5% avec des adjuvants minéraux actifs, [5] qui va jouer le rôle de retardateur de prise


6

Le clinker avec du gypse donne le ciment portland .Les autres types de ciment sont obtenus en

ajoutant par corroyage au mélange d’autres constituants tels que les laitiers granulés de haut fourneau

(S), les matériaux pouzzolaniques (Z ou Q), les cendres volantes (V ou W), les schistes calcinés (T), le

calcaire (L ou LL), les fumées de silice (D). [9]

Principaux constituants du Clinker :

Les Principaux constituants du Clinker présente dans le tableau suivant:

Tableau III.1 : Principaux constituants du Clinker [5]I.3.3. Catégories de ciment

Les ciments peuvent être classés en fonction de leur composition et de leur résistance normale.

En fonction de leur composition :

Nom chimique Nom minéralogique Formule abrégée Proportion %

o Silicate Tri calcite 3CaO. SiO2

o Silicate Bi calcique 2CaO. SiO2

Aluminate Tricalcique

3CaO. AL2O3 o Alumine

Ferrite Tetracalcique

4CaO. Fe2O3. AL2O

Alite

Bélitre

Célite

Célite

C3S

C2S

C3A

C4AF

45-65

15-35

4-14

10-18

pen dant l’hydratation du ciment .

Figure I. 3 : La fabrication du ciment [10].

Chaux : 65 à 70 % Silice : 18 à 24 % Alumine : 4 à 8 % Oxyde de fer : 1 à 6 %

Broyage

Argile 25% Refroidissement

Mélange et Homogénéisation

Ajout de régulateur de prise Gypse ( )

Calcaire 75%

Stockage

Clinker

Four : 1450 C°

Broyage

Ajouts éventuels de constituants tels que : • fillers • cendres volantes • laitiers • pouzzolanes • fumées de silice

Ciment


7

La norme européenne NF 197-1 donne 27 ciments courants, qui sont regroupés en cinq principaux

types à savoir:

• CEM I Ciment Portland (CPA);

• CEM II : Ciment Portland (CPJ);

• CEM III : Ciment de haut fourneau (CHF) ;

• CEM IV : Ciment Pouzzolanique (CPZ) ;

• CEM V : Ciment au laitier et aux cendres (CLC).

I.4. EAU DE GACHAGE

C'est une eau utilisée pour le gâchage des mélanges de béton et l'arrosage du béton, dépourvue

d'éléments nuisibles qui empêcheraient le durcissement normal du béton. Qui sont: les acides, sulfates,

graisses, huiles, sucre,…..etc. Aussi Il est strictement interdit d'employer les eaux de marais ou d'égout,

ainsi que les eaux souillées, dont l'indice d'hydrogène PH est inférieur à 4 qui contiennent plus de 2700

mg/l de sulfates estimés en SO4 et plus de 5000 mg/l d'autres sels. L’eau de mer ou autres eaux

contenant des sels minéraux peut être employée à condition que la teneur en sels ne dépasse pas 2%.

[5]

I.5. CONCLUSION

Nous avons exposé dans ce chapitre les critères que doivent remplir l’utilisation des granulats dans

le béton hydraulique. Nous avons utilisé les granulats roulés comme granulats dans le béton et le

ciment comme un liant hydraulique.

On consacré le deuxième chapitre à la caractérisation des matériaux utilisés.


10

CHAPITRE II/ GENERALITE SUR LE BETON HYDRAULIQUE

II.1. INTRODUCTION

Le béton est l'un des principaux matériaux de construction. Il est utilisé mondialement pour les

ouvrages de génie civil. Ce choix universel est fondé sur des critères techniques comme: la

résistance, la déformabilité, la durabilité, et la mise en place.

Dans ce chapitre, on présente le béton hydraulique ainsi que les caractéristiques principales à

l’état frais (l'ouvrabilité), et à l’état durci (la résistance mécaniques et le retrait).

II.2. BÉTON HYDRAULIQUE

II.2.1. Définition

Le béton est une roche artificielle, composite fabriqué à partir de mélange de granulats gros

(graviers) et fins (sables), Ils constituent le squelette du béton liés entre eux par un liant. Le liant

peut être « hydraulique » ce liant est appelé « Ciment » formé une pate de ciment (ciment+eau). La

pâte de ciment, élément actif du béton enrobe les granulats. La pate joue à l’état frais le rôle de

lubrifiant et de colle à l’état durci. [11]

Figure II.1: Les constituants du béton.

II.2.2. Domaines d’Application Du Béton :

Le béton ce trouve généralement armé ou non, précontraint, désigné en abrégé par les lettres NA

(non armé), BA (béton armé) ou BP (béton précontraint). Le béton comme matériau de construction

est actuellement utilisé dans divers domaines d’application et avec divers procédés tels que : les

bâtiments, travaux publics, les ponts, les tunnels, les routes rigide,… [11]

La Pâte De Ciment

Le Squelette

Ciment + Eau Sable + Gravillon

Le Béton Hydraulique


11

II.2.3. Les Avantages et les Inconvénients de l’Emploi du Béton

Les avantages de béton :

Se moule, épouse toutes les formes, des plus massives aux plus délicates.

Peu couteux, facile à fabriquer, peu d’entretien.

Devient solide comme de la pierre.

Résiste bien au feu et aux actions mécaniques habituelles.

Associé à l’acier, il offre des possibilités de constructions très vastes

Les inconvénients de béton :

Faible résistance à la traction.

Faible isolation thermique.

Coffrages nécessaires pour sa mise en œuvre.

Sa destruction entraîne un cout élevé (en cas de démolition) et n’est pas ou peu recyclable. [12]

II.2.4. Constituants Des Bétons

II.2.4.1. Ciment :

Le choix du ciment en fonction de la destination du béton de l’ouvrage est très important. [13]

Le type de ciment et son dosage dépendent à la fois des performances recherchées (résistance

mécanique, résistance aux agents agressifs) et de la nature des autre composants [11]. Le ciment

utilisé doit être conforme à la norme NF EN 197-1 [14].

II.2.4.2. Granulats :

On peut distinguer les granulats naturels et artificiels, quand le choix est possible, il porte

principalement sur la nature minéralogique, la masse volumique, la dureté, la forme, l’absorption

d’eau, la propreté, la teneur en fines argileuses est strictement limitée et la granulométrie, propriété

géométrique essentielle d’un granulat, dont le bon choix est déterminant dans la formulation d’un

béton compact.[11]

II.1.4.3. Eau de gâchage :

L’eau de gâchage est la quantité totale d’eau que l’on utilise pour faire le béton. Tout comme les

autres composants du mélange, l'eau doit être propre. Le dosage doit faire preuve d’une attention

particulière :


12

Trop d'eau Mélange trop mouillé forte ouvrabilité, entraîne la naissance

de fissures et une perte de résistance au moment du séchage.

Peu d’eau Mélange trop sec Peu Ouvrable. [15]

La résistance finale d’un béton dépend du rapport E/C du mélange, ce dernier varie entre 0,4 et

0,6. Les caractéristiques de l’eau de gâchage sont normalisées par la norme NF EN 1008 [16].

II.2.5. Formulation Du Béton

La formulation définir par une méthode de calcul les proportions optimum d’un mélange

granulaire. Tous se joueront alors sur la meilleure granularité possible, effectivement, la plupart des

méthodes sont fondées sur la recherche d'une courbe granulométrique de référence conduisant à ce

minimum de vide inter granulaire. En vérité, il n'existe pas une composition type, mais des

méthodes de composition (FAURY, BOLOMEY, VALLETTE, DREUX-GORISSE,...) sont toutes

basées sur une adaptation de résultats expérimentaux. Parmi elles, nous utilisant souvent la méthode

dite DREUX- GORISSE.

II.2.5.1. Méthode Dreux-Gorisse:

C’est une méthode pratique qui simplifie et rend la formulation du béton plus pragmatique. Elle

consiste à rechercher conjointement la résistance à la compression et l’ouvrabilité désirée à partir

des données de base essentielles pour la formulation du béton telles que la dimension des granulats

(D). La méthode de formulation de Dreux-Gorisse permet de déterminer les quantités optimales de

matériaux (eau E, ciment C, sable S et gravier G) nécessaires à la confection d’un mètre cube de

béton. Plusieurs étapes de calcul successives sont nécessaires à l’obtention de la formulation

théorique de béton. Il faut déterminer au préalable le rapport E/C. [18]

II.2.5. Propriétés Fondamentales D’un Béton

II.2.5.1. Propriétés de béton frais:

a) Ouvrabilité:

La propriété essentielle du béton frais est son ouvrabilité qui est la facilité offerte à la mise en

œuvre du béton pour :

Le remplissage parfait du coffrage.

L’enrobage complet du ferraillage. [1]


13

L’ouvrabilité doit être maniable et qu’il conserve son homogénéité. Elle est caractérisée par une grandeur

représentative de la consistance du béton frais. Dans le cas de béton ordinaire, elle est principalement

influencée par :

Type et dosage en ciment ;

La forme des granulats ;

La granularité et la granulométrie ;

Le dosage en eau. [11]

L’ouvrabilité peut s’apprécier de diverses façons et en particulier par des mesures de plasticité. Il

existe de nombreux essais et tests divers permettant la mesure de certaines caractéristiques dont

dépend l’ouvrabilité. Nous n’en citerons qu’un essai, qui est le plus couramment utilisé dans la

pratique.

Essai d’affaissement ou cône d’Abram’s ou Slump-test: (NF P 18-439)[19]

Cet essai est incontestablement un des plus simples et des plus fréquemment utilisés, car il est

très facile à mettre en œuvre. C'est un essai essentiellement statique et assez limité dans sa plage de

mesure pour les bétons très secs et pour les bétons très fluides [11]. L'appareillage est complètement

décrit dans la norme NF P 18-439.

Figure II.2: Mesure de l'affaissement au cône d'Abrams.[42]

Classes de consistance du béton :

Il existe 5 différentes classes de consistance des bétons référencés par la norme NF EN 206-

1.[17] Ces classes sont définies par les essais d’affaissement du béton au cône d’Abrams.


14

Tableau II.1: Classes de consistance de béton[17]

Classement des bétons selon la valeur d’affaissement au cône d’Abrams –

norme NF EN 206-1

Classe Consistance du béton Affaissement (en mm) au cône d’Abrams

S1

S2

S3

S4

S5

Ferme

Plastique

Très plastique

Fluide

Très fluide

10 - 40

50 - 90

100 - 150

160 - 210

220

II.2.5.2. Propriétés de béton durci:

a) Résistance:

La résistance a été longtemps considérée comme la qualité essentielle [1]. Cette résistance est

généralement caractérisée par la valeur mesurée à 28 jours après coulage. Elle présente sous deux

aspects : résistance à la compression, et la résistance à la traction. La résistance à la traction joue un

rôle très important en béton armé. Les résistances mécaniques du béton sont contrôlées par des

essais destructifs ou non destructifs.

a.1) Résistance à la compression : Norme (NF EN 18-455) [18]

Dans les cas courants, un béton est défini par une valeur de sa résistance à la compression, à l'âge

de 28 jours, dite "valeur caractéristique requise". Elle est désignée par ƒc28 et s'exprime en MPa.

Cette résistance varie en fonction de l'âge du béton et le règlement donne des lois d'évolution de fcj

(résistance en compression à jours) en fonction de l'âge en jours.

La résistance à la compression du béton est mesurée par la charge conduisant à l’écrasement par

compression axiale d’une éprouvette (Cylindrique ou Cubique), droits de révolution et d’une

hauteur double de leur diamètre (cas d’éprouvette cylindrique). Le diamètre du moule ou de

l’éprouvette, ne doit pas être inférieur à 4D, où D représente de diamètre des plus gros granulats

utilisés dans le gâchis [13]. Enfin, le choix de la forme des moules est conditionné par la dimension

D des granulats.

Selon la norme (NF EN 18-455), les éprouvettes sont chargées jusqu'à rupture dans une machine

pour essai de compression, La charge maximale atteinte est enregistrée et la résistance en

compression calculée. La résistance à la compression est donnée par l'équation suivante :

Où :

fc: résistance en compression, exprimée en MPa;

fc = F/Ac


15

F : charge maximale, exprimée en Newtons (N);

Ac : l'aire de la section de l'éprouvette sur laquelle la force de compression est appliquée

Classe de résistance à la compression:

La résistance à la compression est la caractéristique la plus importante d’un béton durci. C’est sur

elle que se basent le calcul et le dimensionnement d’une structure en béton. La norme NF EN 206-1

[17], définit 16 classes de résistance. Chaque classe est désignée par la lettre C suivie de la

résistance caractéristique sur cylindre et sur cube : Cfck,cyl/ fck,cube

Le tableau suivent présente les résistances caractéristique sur cylindrique et cube :

a-2) Résistance à la traction:

La résistance en traction à 28 jours est désignée par ƒt28. Elle est contrôlée, actuellement, par

trois techniques d'essais différentes parmi:

Essai en traction par fendage : (NF P 18-434) [21]

L’essai consiste à l’écrasement d’un éprouvette de béton suivant deux génératrices opposées

entre les plateaux d’une presse; cet essai est souvent appelé «essai brésilien ». Si P est la charge de

compression maximale produisant l’éclatement du cylindre par mise en traction du plan diamétral

vertical, la résistance en traction sera : [1]

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

D et L: diamètre et longueur d’eprouvette.

Cet essai présente l’avantage d’être simple à réaliser. D’ailleurs, seul le matériel de l’essai de

compression simple est nécessaire à sa réalisation si on ne s’intéresse qu’à la détermination de la

résistance à la traction. [34]

Essai en traction – flexion :(NF P 18-433) [22]

L’essai de flexion à 4 points est considéré comme un essai de traction indirecte duquel on peut

déduire la rigidité ainsi que la résistance à la traction [23]. Il consiste à rompre en flexion une

éprouvette prismatique de coté a et de longueur 4a. Pour une charge totale P. Le moment de flexion

constant entre les deux points d’application de la charge est égale: [1]

ftj =

M =


16

Avec a : cote de la section ;

P : force appliquée.

La section a pour module d’inertie I/V= a3/6 et la contrainte de traction correspondante sur la

fibre inférieure est : [1]

Toutefois, la comparaison des résistances obtenues en traction –flexion avec celles mesurées en

traction directe ou par fendage montre que ces dernières sont en générale et en moyenne inférieurs

de 40% environ par rapport aux premiers. [1]

Les essais non destructifs:

L’utilisation d’essais non destructifs sur les matériaux de construction, en particulier sur le béton,

elles peuvent jouer un rôle exceptionnel dans la garantie de la qualité du béton et mesurer de façon

indirecte les caractéristiques des matériaux telle que la résistance, l’homogénéité, la porosité, la

durabilité… ; Ces essais sont rapides et faciles à mettre en œuvre, et apportent de surcroît une

réponse globale à l’échelle d’une structure ou d’un ouvrage, dans le cadre de contrôles d’ouvrages

neufs ou en construction comme de diagnostics d’état d’ouvrages anciens.

Essai d’auscultation dynamique par vitesse du son: (NF P 18-418) [24]

Connu sous le nom d’essai ultrasons, cet essai permet de déterminer la vitesse de propagation

d’ondes longitudinales à travers un élément en béton. Le principe de la méthode consiste à

mesurer le temps mis par une onde à parcourir une distance donnée.[13]

D’après LESLIE et CHEESMAN, l’état du béton totalement inconnu peut se déterminer

Tableau II.3 : Classement qualitatifs selon la vitesse mesurée.[25]

Vitesse du son en m/s Appréciation de la qualité

4500 Excellent

3500 à 4500 Bon

3000 à 3500 Assez bon

2000 à 3000 Médiocre

2000 Très mauvais

ftj =


17

La détermination de la vitesse de propagation des ultrasons se fait de trois modes, suivant le type

de l’élément à tester:

Mesure en transparence (directe);

Mesures en surface (indirecte);

Mesures semi directe.

Cette méthode normalisée par les normes françaises [26], permet de détecter un non uniformité

des propriétés de la structure, des fissures ou des vides de nids des agrégats.

Retrait:( NF P 15- 433) : [27]

1- ) Définition:

Le retrait du béton est une déformation volumique de celui-ci sous l’action de phénomènes

physico-chimiques liés à l’hydratation de la pâte de ciment et au séchage, en l’absence de toute

charge appliquée. Etant donné que le taux d’humidité relative du béton coulé s’élève initialement à

100 % et que le milieu ambiant est généralement caractérisé par une humidité relative plus faible, le

retrait du béton est souvent assimilé à une réduction de volume.

Ce phénomène est d’autant plus important qu’il est responsable de nombreuses pathologies sur

les ouvrages en béton lorsque cette déformation est entravée. [28]

2- ) Différent Types de Retrait:

Retrait chimique:

Lors de retrait chimique, il se produit une réaction chimique durant laquelle les matières

premières (ciment et eau) seront transformées en un produit réactif. Le volume de ce produit est

plus petit que la somme des volumes des matières premières, il se produit une contraction de

volume. Ce premier retrait mis en évidence par le Chatelier 1894 d’où la domination "contraction

de chatelier", résulte d'une diminution du volume (8 à 12 % du volume initial) de la pâte formée

par rapport à la somme des volumes absolus des anhydres et de l'eau. [29]

Retrait plastique:

Le retrait plastique est provoqué par la dessiccation du béton avant sa prise. Est causé par

l’évaporation de l’eau résiduelle dans le béton, il se formera des capillaires. De par l’apparition de

la pression des capillaires, il peut se produire de fortes déformations lesquelles se remarqueront sur

la surface du béton sous forme de fissures. Ce retrait dépend des conditions climatiques au moment

de la mise en place du béton (humidité, température, vitesse du vent). Pour éviter une fissuration de


18

la surface, il est primordial d'assurer une protection contre l'évaporation au moyen des produits de

cure et recouvrant ensuite la surface de béton par un film étanche. [29]

Retrait de dessiccation:

Le retrait de dessiccation aussi appelé (retrait de séchage), résulte du séchage de la masse du

béton. Cette évaporation, qui peut s’étaler sur plusieurs années, crée des tensions de surface à

l’interface des grains de ciment hydratés qui génèrent à leur tour des déformations macroscopiques

de l’élément, à savoir un raccourcissement. [28]

Tableau II.4: Composition des tybes de retrait. [30]

3 -) Mesure du retrait:

Ces déformation volumiques sont mesurées également sur éprouvette prismatiques (7*7*28) cm en

béton. Des moules équipés de plots de retrait en laiton. Les plots sont vissés au moule au momenla

mise en place du béton puis désolidarisé du moule avant le démoulage. Après durcissement, les

éprouvettes sont donc munies à leurs deux extrémités de plots.

Phase 1

Retrait chimique

Phase 2

Retrait plastique

Phase 3

Retrait de dessiccation

Partie Jusqu’à 0,12 ‰ Jusqu’à 4 ‰ Jusqu’à 0,5 ‰

Cause Réaction

ciment – eau

Perte d’eau

→ Beaucoup de fines

→ Utilisation d’un Retardateur

Séchage (chim. /

physiq.)

→ Faible humidité de

l’air


21

CHAPITRE III / APERҪU SUR LE CAOUTCHOUC

III.1. INTRODUCTION

Aujourd'hui, le caoutchouc est omniprésent. Grâce à ses propriétés d'élasticité, d'étanchéité et

d'amortissement, sert à fabriquer de produits d'usage industriel, ménager ou médical. C’est un très bons

isolant, il peut être utilisé dans le bâtiment, sol, isolant ou toiture ou mélangé avec du béton. Il est

souvent utilisé aussi comme enrobé sur les routes. Il limite le bruit des pneus des véhicules, il permet

une meilleure adhérence de chaussée, mieux drainée et plus résistante.

Dans ce qui suit, nous allons donner aperçu générale sur caoutchouc et présenter quelques travaux

et recherches menés dans le sens de l’utilisation de caoutchouc recycles comme granulat pour béton.

III.2. DÉFINITION

Les élastomères, comme les matières plastiques, font partie de la famille des polymères. Le terme

« élastomère » est utilisé aujourd'hui pour désigner d'une façon générale tous les caoutchoucs, c'està-

dire les substances macromoléculaires, naturelles ou synthétiques, possédant l'élasticité

caoutchouteuse. [31] Le terme « caoutchouc » vient du mot indien «Cahutchu» qui signifie « larme

de bois». [32]

Photo III.1: poudrette de caoutchouc.

III.3. ORIGINE DU CAOUTCHOUC

Le caoutchouc est, soit d'origine naturelle ou synthétique:


22

Le caoutchouc naturel provient de la coagulation du latex de plusieurs plantes,

principalement de l'hévéa brasiliensis, famille des Euphorbiacées, originaire d'Amazonie.

[32]

Les caoutchoucs synthétiques est le produit de l’industrie pétrochimique. La production est

répartie sur l’ensemble des continents. D’abord développée aux Etats-Unis, en Allemagne et

en Russie. [31]

III.4. PROPRIETES DE CAOUTCHOUC

Elasticité

L’élasticité se caractérise par la capacité d’un matériau à se déformer sous contrainte et à reprendre sa

dimension initiale lorsque cesse la contrainte.

Exemples d’application: joints de portière d’automobile, flexibles, profilés pour portes et fenêtres,…

Etanchéité

Le caoutchouc est ainsi imperméable à l’air, aux gaz et à l’eau. Ils ont également une grande

capacité à filtrer le bruit.

Exemples d’application: tubes et tuyaux, pneumatiques, toiles enduites, revêtement de toiture,

joints…

Amortissement

Le caoutchouc possède également la capacité d’amortir les chocs ou de filtrer les vibrations.

Exemples d’application : pneumatique (amortissement des irrégularités de la route), pièces

antivibratoires (filtration des vibrations en provenance du moteur ou des organes de liaison au

sol…). [ 31]

III.5. CLASSIFICATION DES CAOUTCHOUCS

La classification courante consiste à séparer les caoutchoucs en trois catégories (les sigles utilisés

sont ceux qui sont recommandés par la norme ISO 1 629 de 1995); A) Les caoutchoucs à usage

général :

Ils ne résistent pas aux huiles, mais résistent bien aux acides et aux bases. Ils font preuve d’une

élasticité exceptionnelle (supports moteurs, balais d’essuie-glaces). B) Les caoutchoucs à usages

spéciaux :


23

Ils présentent une bonne résistance vis-à-vis des liquides agressifs (solvants, acides) ou des huiles et

des carburants, et aussi un meilleur comportement à haute température. Ils vieillissent bien.

(Amortisseurs, joints de vitrage, de pare-brise, courroies de distribution...). C)

Les caoutchoucs à usages très spéciaux:

Ils ont d’excellentes tenues thermiques et chimiques, et ils représentent plus de 5 % de la

consommation totale (fils d’allumage, bagues d’étanchéité,..). [33]

III.6. PROCESSUS DE FABRICATION DE GRANULES ET POUDRETTE DE PNEUS

USES [34]

A) Séparation :

Séparer la bande de roulement de la carcasse composée de feuille en caoutchouc synthétique

(chambre à air), de toile de carcasse.

B) Laminage des parties 100% en caoutchouc :

Découpe les flancs de la carcasse et de la bande de roulement en bandelettes. La largeur de

découpe est ajustable. C) Prébroyage :

Broyer grossièrement les bandelettes de caoutchouc obtenues précédemment avec des dimensions

pré définies.

D) Séparation caoutchouc câbles d'acier:

Les parties non broyer précédemment sont pressées par une machine afin de séparer le caoutchouc

des câbles d’acier qui les composent. Une fois cette opération effectuée, le caoutchouc est récupéré

puis broyé

E) Le granulateur :

C’est une machine pour la production de poudrette de caoutchouc. Elle broie selon la

granulométrie prédéfinie tous les gros morceaux obtenus précédemment. Elle peut également traiter

directement les bandelettes de caoutchouc, les morceaux, des semelles de chaussures.

III.7. L’UTILISATION DE GRANULES ET POUDRETTE DE CAOUTCHOUC POUR

BETON

La présente étude traite des effets de particules de caoutchouc obtenues à partir de pneumatiques

d’automobiles et de poids lourds usagés sur des propriétés données du béton. L’emploi de

caoutchoucs recyclés issus de l’industrie automobile comme granulat pour béton fait depuis

longtemps l’objet de recherches, ce qui a conduit au développement du ‘Rubcrete Mix‘, lequel


24

présente des caractéristiques très prometteuses pour diverses applications. Le Rubcrete possède de

bonnes propriétés mécaniques et constitue une méthode de recyclage efficace des pneumatiques en

caoutchouc usagés.

Les propriétés étudiées sont la masse volumique des granulats de caoutchouc ainsi que

l’ouvrabilité, la teneur en air et la résistance à la compression du béton. A ces fins, trois types de

particules de caoutchouc ont été utilisés pour remplacer en partie ou totalement les granulats

traditionnels (poudre de caoutchouc, miettes de caoutchouc et mor-ceaux de caoutchouc). Les

résultats de l’étude montrent que le Rubcrete Mix peut être utilisé efficacement pour le béton

structural et non structural, comme pour les voies d’accès, l’infrastructure des chemins de fer et la

construction routière. Ces potentialités sont à attribuer aux bonnes propriétés du mélange en termes

de poids propre, d’isolation thermique et acoustique et d’absorption des vibrations [35]

Solon Les recherches de (LMDC), à l'Insa de Toulouse. Le nouveau matériau est un mortier ou

un béton, qui contient des granulats de caoutchouc issus de la filière de valorisation des pneus

usagés. Sa principale qualité : une meilleure résistance à la fissuration.

En effet, si la résistance des bétons en compression ne cesse de s'améliorer, les matériaux

cimentaires sont sensibles à la fissuration. Un phénomène lié à leur faible capacité de déformation,

lorsqu'ils subissent des contraintes, notamment sous l'effet du retrait. « Une solution consiste donc à

incorporer dans le matériau des granulats de caoutchouc, qui ont la propriété de relaxer les

contraintes, évitant ainsi la formation ou la propagation de fissures », indique Anaclet Turatsinze,

directeur de recherche au LMDC. Toutefois, comme l'ajout de caoutchouc fait chuter la résistance en

compression, le nouveau matériau vise la réalisation de grandes surfaces sur terre-plein (dallages,

chaussées...) [36-38]

La modification des bétons peut s’opérer de deux manières, la première étant la modification du

liant hydraulique, la deuxième consiste en l’ajout direct du modifiant lors de l’opération de malaxage

de béton. Toutefois, l’une des contraintes auxquelles on doit faire face en Algérie est l’absence

d’unités de fabrication des liants modifiés. Il est donc nécessaire de développer des bétons fabriqués

par le deuxième procède.


25

III.8. CONCLUSION

Dans ce chapitre on a essayé de définir le caoutchouc; leur origine, leur propretés et leur

classification. On a vue aussi comment fabriqué des granules et des poudrettes de pneus usent, et

quelque recherche sur l'utilisation de ces produis dans la composition d'un béton. Grâce à la fragilité

de béton (faible capacité de déformation, résistance à la traction limitée)

PARTIE II PARTIE EXPERIMENTALE

25

CHAPITRE IV/ CARACTÉRISATIONS DES MATÉRIAUX UTILISÉS

IV.1. INTRODUCTION

Pour un béton de mélange réussi, il faut choisir toujours les bons composants qui sont

caractéristiques compatibles avec les dispositions des normes internationales.

Dans ce chapitre, nous allons étudier les déférentes caractéristiques mécaniques, physiques et

chimiques des composants utilisés par l’exécution de quelques essais d’identification suivant les

normes AFNOR.

IV.2. LES MATERIAUX UTILISÉS

Les granulats entrant dans la composition du béton sont constitués par: le, le sable, le ciment, et

l’eau de gâchage.

Le tableau suivant résume les différentes composantes et leur provenance.

Tableau IV.1: Composantes du béton utilisé.

Matériau Provenance

Sable Carrière

Gravier roulé 3/8 et 8/15 Gisement

Ciment Al Matin

Eau de gâchage Eau du robinet du laboratoire de LTPS

Poudrette de caoutchouc Zone industrielle


26

Photo IV.1 : Les matériaux utilisés.

IV.3. ESSAIS D’IDENTIFICATION SUR LES AGREGATS

IV.3.1. Analyse Granulométrique : (NF P 18-560 septembre 1990)

La connaissance de la courbe granulaire des granulats est nécessaire pour déterminer la

composition optimale du béton.

a. But de l’essai :

L’analyse granulométrique à pour définir la répartition des grains constitutifs d’un sol par classe

de taille; elle est réalisée :

Par un tamisage mécanique pour les grains supérieurs à 0.080mm.

Par un essai de sédimentation pour les particules inférieures à 0.080mm.

Cette classification donne des informations intéressantes sur la composition des granulats qui

constituent l’échantillon, c’est-à-dire les composantes de ce sable.

b. Principe de l’essai :

Pour un échantillon donne, il s’agit, au moyen d’une série de tamis, de séparer les grains en

fonction de leur dimension.

On utilise généralement une série de tamis dont les dimensions des mailles sont normalisées et

décroissant du haut vers le bat. Les dimensions de mailles et le nombre de tamis sont choisis en

fonction de la nature de l’échantillon et de la précision projetée. Les masses des différents refus (ou,

par soustraction, celles des différents tamisâtes) sont rapportées à la masse initiale de matériau. Les


27

pourcentages, ainsi obtenus, sont exploités soit sous leur forme numérique, soit sous une forme

graphique (courbe granulométrique).

c. Le Calcul :

On note les masses des refus partiels (Mi), on calcule les pourcentages des refus partiels donné

par la relation suivante :

Mt: la masse totale de l’échantillon.

On trace la courbe granulométrique après le calcule du pourcentage des tamisât partiels par la

formule suivant :

Module De Finesse (norme NF P18-304):

La finesse d’un sable est définie par une grandeur appelée module de finesse « Mf ». Ce

dernier est égal :

Un bon sable contient un module de finesse de l'ordre de 2.2 à 2.8.

Les résultats de l’analyse granulométrique de différentes fractions données dans L'ANEXE I.

Les courbes granulométriques pour les différents matériaux cohérents (gravier, poudrette, et sable)

sont illustrés dans les figures ci-dessous.

La figure (IV.2) et (IV.3) montre que les deux courbes granulométrique du gravier roulé pour les

deux fractions: 3/8 et 8/15 est entièrement située à l'intérieur du fuseau de référence recommandé

par la norme pour la confection des bétons. (I)

La figure (IV.4) montre que la courbe granulométrique du sable (0/3) est située à l'intérieur du

fuseau de référence recommandé par la norme pour la confection des bétons (fuseau A et fuseau B)

sauf la partie inferieur (0.08 à 0.315) mm.

La figure (IV.5) montre que la courbe granulométrique de la poudrette de caoutchouc est

convenable au fuseau d’analyse granulométrique du sable.

MF=


28

IV.3.2. Masse Volumique (NF P 94-064 Novembre 1993)

La masse volumique d’un granulat est le rapport entre sa masse et son volume. Pour un granulat

donné, ce rapport est une constante qui est propres aux caractéristiques physiques du granulat. Elle

permet d’établir un lien entre sa masse et son volume. La masse volumique permet donc de

connaitre le volume d’un granulat lorsque l’on connait sa masse et réciproquement.

L’observation d’un granulat montre que les grains qui le constituent sont entourés de vide. Par

conséquent le volume d’un granulat peut désigner deux choses :

- Le volume des grains avec l’air (masse volumique apparente).

- Le volume des grains seuls (masse volumique absolue).

Ainsi, on peut constater, qu’il existe deux volumes pour désigner un granulat. Il existe alors deux

masses volumiques.

La masse volumique apparente:

a) But de l’essai:

Cet essai permet de déterminer la masse volumique apparente d’un corps (sable, gravier). C’est-

à-dire la masse en kg de ce corps, pour 1m3 de volume. Cette masse volumique intègre les grains de

l’agrégat ainsi que les vides compris entre les grains.

b) Principe de l’essai:

L’essai de mesure de la masse volumique apparent consiste à remplir, des agrégats, un récipient

de volume et de masse préalablement connus (récipient homologué). Les agrégats y est déversé

jusqu’à remplir complètement le récipient. Le niveau des agrégats est ajusté à celui du récipient par

arasage. La masse des agrégats est devisée par le volume du récipient pour donner la masse

volumique apparente du matériau.

c) Calcul :

La formule qui permet de calculer ce paramètre est :

Tels que : ρa = la masse volumique apparente (g / cm3).

M = la masse d’échantillon (g).

ρa =


29

Va = le volume apparent de l’échantillon (cm3).

La masse volumique absolue:

a) But de l’essai :

Cet essai a pour but de permettre de connaître la masse d'une fraction granulaire lorsque par

exemple on élabore une composition de bétons. Ce paramètre permet, en particulier, de déterminer

la masse ou le volume des différentes classes granulaires malaxées pour l'obtention d'un béton dont

les caractéristiques sont imposées.

b) Principe de l’essai :

Le volume absolu d’un corps est généralement déterminé en mesurant le volume d’un liquide (en

général d’eau) que déplace l’introduction de corps.

c) Calcul :

La masse volumique absolue est déterminée par la relation suivante :

Tels que : ρs : la masse volumique absolue (g / cm3).

M : la masse d’échantillon(g).

Vs : le volume absolue de l’échantillon (cm3).

II.3.3. Le Coefficient d’Absorption d’Eau (NF P 18-554 Décembre 1990)

Le coefficient d’absorption est défini comme un rapport entre la masse d’un échantillon imbibé

par à la masse sèche de cet échantillon.

a) Calcul :

Le coefficient d’absorption est obtenu par :

Tels que : Ms : la masse de l’échantillon sec après passage à l’étuve à 105C°

IV.3.4. La Propreté Superficielle (NF P 18-591 septembre 1990)

a) Définition :

La propreté superficielle est définie comme étant le pourcentage pondéral de particule inferieur à

0.5 mm mélange ou adhérent à la surface des granulats supérieur à 2mm.

ρs=

Ab =


30

b) But d’essai :

Le but de cet essai est de déterminé la propreté superficielle des granulas supérieur à 2mm.

c) Principe de l’essai :

Ces particules sont séparées par lavage sur le tamis correspondant.

Les résultats de l’essai de propreté sont donnés selon le tableau suivant :

Selon les essais de propreté, données dans le tableau (IV.4) ci-dessus on remarque la grave saleté

du gravier, donc la nécessite de nettoyé par lavage.

IV.3.5. Equivalent de sable (NF P 18-598 Octobre 1991)


L'essai d'équivalent de sable utilisé de manière courante pour évaluer la propreté des sables

entrant dans la composition des bétons.

Cet essai consiste à séparer les particules fines contenues le sol, des éléments sableux plus

grossier. Une procédure normalisée permet de déterminer un coefficient d'équivalent de sable qui

quantifie la propreté de celui.

b) Principe de l’essai:

L'essai est effectué sur la fraction 0/5 mm du matériau étudier. Le tamisage se fait par voie

humide pour ne pas perdre d'éléments fins. On lave l'échantillon selon un processus normalisé et on

laisse reposer le tout. Au bout de 20 min, on mesure les éléments suivants :

La hauteur h1 : sable propre + éléments fins.

La hauteur h2 : sable propre seulement.

Il y a 2 façons de mesurer h2, soit visuellement pour déterminer ESV (équivalent de sable à vue),

soit avec un piston pour déterminer ES.

Le mode opératoire a une grande influence sur le résultat donc il faut le suivre scrupuleusement.

L'essai est effectué avec 120 g de grains. Il est préférable d'utiliser un échantillon humide, pour

éviter les pertes des éléments fins du sable.


31

c) Calcul

L’équivalent de sable d’une prise d’essai est par définition, mesuré au piston et donné par la

formule:

Figure VI.5: Mesure de l’équivalent de sable.

IV.3.6. Los Angeles (NF P 18-573 Décembre 1990)

Cet essai permet de déterminer la résistance aux chocs des granulats.

L'essai consiste à Lavée, séchée et pesée (5000g) des gravillons comme en suit :

1500g gravier (1.25/14).

3500g gravier (10/12.5).

Placée cette gravillons dans le tambour de la machine avec une charge de boulets appropriés à la

granularité choisie. Entrainé durant 500 tours (15mn) par la tablette en acier, les boulets retombent

ave le matériau qu’ils fragmentent. Ce dernier est ensuite passé sur un tamis à 1.6mm, le coefficient

Los Angeles est le rapport entre la masse du refus et la masse initiale.

a) Calcul :

M : la masse totale d’échantillon (g).

m : la masse d’éléments < 1.6mm (g) (m= M-m’)

m’ : la masse d’éléments > 1.6mm (g).

IV.3.7. Micro-Deval (NF P 18-572 Décembre 1990)

E.S (P) = 100 ×

LA =


32


Cet essai permet de déterminer la résistance à l’usure d’un échantillon de granulat produit par

frottement mutuel, en présence d’eau d’une charge abrasive, dans un cylindre en rotation.

b) Principe de l’essai :

Lavée, séchée et pesée, la prise d’essai (600 gr) de gravier (10/14), est introduite dans un cylindre

avec une charge de billes d’acier (5000 gr), variable selon la granularité et 2.5 litres d’eau. Après

12000 rotations (2h), le matériau est lavé sur un tamis de 1.6 mm, séché et pesé.

c) Calcul :

Le coefficient Micro-Deval est le rapport en % entre la masse finale de refus et la masse initiale.

M : la masse totale d’échantillon (g).

m : la masse d’éléments < 1.6mm (g) ( m= M-m’).

m’ : la masse d’éléments > 1.6mm (g).

IV.3.8. Analyse chimique des granulats

Les analyses d'eau sont effectués au niveau de laboratoire LTPS, le tableau ci-après (II.9)

montre les pourcentages des composants chimiques du chaque granulat utilisé.

IV.3.9. Analyse chimique eau de gâchage : (NF EN 1008)[16]

Les analyses d'eau sont effectués au niveau de laboratoire AQUA Engineering, le tableau

(IV.10) montre les pourcentages des composants chimiques d'eau utilisé.

MDE =


93

CHAPITRE V/ FORMULATION DU BETON ET

PRESENTATION DES ESSAIS EXPERIMENTAUX

V.1. INTRODUCTION

Dans le chapitre précédent, nous avons exposé les caractéristiques des matériaux utilisés, et dans

ce chapitre nous allons présente la formulation de béton qui doit être étudié y compris quelques

essais expérimentaux seront effectués sur ce béton.

V.2. FORMULATION DU BETON

V.2.1. Composition De Béton

L'étude de la composition d'un béton consiste à définir le mélange optimal des différents

granulats, ainsi que le dosage de ciment et d’eau afin de réaliser un béton dont les qualités soient

celles recherchées pour la construction de l'ouvrage. [1]

Plusieurs méthodes sont proposées parmi lesquelles la méthode pratique simplifiée dite méthode

"Dreux-Gorisse".

V.2.2. Méthode DREUX-GORISSE

Méthode "Dreux-Gorisse" est de loin la méthode la plus appréciable du point de vu pratique. Elle

permet de définir de façon simple et rapide une formule de composition à peu près adaptée au béton

étudié, seules quelques gâchées d'essais et la confection des éprouvettes permettrons d'ajuster au

mieux la composition à adopter définitivement en fonction des qualités souhaitées et des matériaux

effectivement utilisés.

Presque toujours, il s'agit de rechercher deux qualités essentielles :

V.2.3. Choix De la Méthode De Formulation

Le choix de la méthode de formulation s’est fait en fonction des critères suivants :

Une méthode assez simple et facile à utiliser.

La Résistance L’ouvrabilité

La Résistance en compression du

béton à 28jours: fc28

Affaissement


04

C’est une méthode appliquée au niveau des laboratoires Algériens comme : L.T.P.Est,

L.T.P.Sud et autres laboratoires privés.

Pouvoir comparer les résultats à ceux des autres organismes de contrôle.

Suivant les critères ci-dessus, on travaillera avec la méthode DREUX – GORISSE.

V.2.4. Méthodologie d’Étude

Le besoin de notre étude est préparé quatre (04) bétons :

o Béton témoin C0: est un mélange ordinaire formulé à partir de trois classes granulaires (0/3),

(3/8) et (8/15).

o Béton modifie C1, C2, et C3: est un mélange formulé à partir de trois classes granulaires: (3/8)

et (8/15), sable plus des différents pourcentages des poudrettes de caoutchouc 5% ,10% et 15%

successivement.

V.2.5. Dosages Des Bétons

Le béton « témoin », C0 étudier est un béton ordinaire de :

Dimension maximale des granulats: Dmax = mm ;

Ouvrabilité de consistance: est plastique, on prend Aff= cm ;

Dosage en ciment: C = kg m3

;

Dosage en eau: Le rapport E/C = 0.45 E = kg/ m3.

Trace de la courbe granulaire de référence .

Le point B correspond à l’ordonnée d'Y= 100% et X= : diamètre de gros granulats.

Le point A est défini comme ce qui suit :

X= D/2 X=

Y = 50- + K+ Ks + Kp. [23]

Kp = 0

Les granulats roulés K = 0

Ks= (6 MF – 15) ; si le sable est roulé ;

Ks= (6× )-15 Ks=

Y= 50- -1.2 Y=

Pour obtenir les proportions des granulats, on doit tracer les lignes de partage en joignant le point

de 95% de la première courbe avec le point de 5% de la courbe suivante. Les points de croisement


04

entre chacun des lignes de partage et ceux de la courbe de référence représentent le pourcentage de

chaque granulat.

Dosage en granulats

Connaissant la masse volumique du ciment c = 3.1 et son dosage C, on peut déduire son volume

VC = C/ c VC = cm3

Après le choix du coefficient de compacité de béton γ qui est fonction de D, de la consistance et

de l’efficacité de serrage. On peut déterminer le volume total absolu Vt=1000γ ; pour nous γ=0,820.

Donc le volume du granulat :

Vg = Vt- VC

Vg=1000γ – VC Vg =

Si; g (0/3), g(3/8) et g(8/15) sont les pourcentages en volume absolu des granulats déterminés par

le Graphique, donc leurs volumes absolus sont :

V (0/3) = g (0/3) Vg M (0/3)= V (0/3) δ (0/3)

V (3/8) = g (3/8) Vg M (3/8)= V (3/8) δ (3/8)

V (8/15) = g (8/15) Vg M (8/15)= V (8/15) δ (8/15)

Soit : δ(0/3) , δ(3/8) et δ(8/15) les masses volumiques absolues des trois granulats

Après l'application numérique, les compositions des bétons qui doivent être étudiés sont

représentées dans le tableau suivant.

V.2.6. Confection Des Éprouvettes

Conformément à la norme européenne NF EN12390-1, pour les besoins de notre étude et selon la

nature de l'essai à réaliser, on a utilisé des moules cubiques (15×15×15) cm3

et des moules

prismatiques (10×10×40) cm3, (7x7x28) cm

3, pour la confection des éprouvettes.

Le malaxage est exécuté à l'aide d’un malaxeur au niveau de LTPSud, les étapes de malaxage

sont :

V.2.6.2. Moulage et démoulage :

Après le malaxage qui dure environ 5 minutes, le béton est prêt à l'emploi. Le béton est introduit

dans des moules déjà graissés par une huile pour faciliter le démoulage après 24 heures de leur

coulage.

Le remplissage des moules est exécuté en deux couches vibrées jusqu'à la fin des bulles d’air du

béton. Le but de la vibration est le remplissage parfait du moule.

A la fin du coulage, il faut araser les éprouvettes à l'aide d'une règle selon les normes NF P18-

422 et NF P 18-423. La face supérieure de l'éprouvette doit être lisse est bien finie.

V.2.6.3. Conservation des éprouvettes:


04

Après démoulage, les éprouvettes sont entreposées dans de l'eau jusqu'au moment de l'essai, à

une température de 20 C°± 2 C

°, ou dans une salle de conservation à 20 à 26 C

°± 2 C°. La

conservation des éprouvettes dans l'eau ou dans l'air libre a été faite selon le type d'essai.

V.3. PRÉSENTATION DES ESSAIS EXPERIMENTAUX

Différents essais ont été effectués afin de déterminer les propriétés de béton témoin et béton

modifie par poudrette de caoutchouc et comparer ceux-ci aux propriétés de béton ordinaire. Le

Tableau V.3, ci-dessous, nous indique les types d'essais effectués sur les bétons, a différents

échéances d'âges ainsi que le mode de conservation des éprouvettes jusqu'au moment de l’essai,

selon le type de test.

V.3.1.Essai Sur Béton Frais

V.3.1.1. Mesure de la consistance (Norme NF P 18-439):

Le contrôle de l'ouvrabilité est effectué a l’aide de l'essai d'affaissement au cône d'Abrams qui

consiste à :

- Mouler des troncs de cône en béton (base de diamètre 20cm, partie haute de diamètre

10cm);

- Remplir le cône en trois couches piquées chacune par 25 coups avec une tige métallique de

16 mm de diamètre a extrémité arrondie;

- Soulever le moule avec précaution et mesurer la hauteur l'affaissement en cm

V.3.2. Essais Sur Béton Durci

V.3.2.1. Essais destructif :

Essai de compression: Norme (NF EN 18-455) [20]

L'essai de résistance à la compression (Essai d'écrasement) a été effectué par l’application d'un

effort de chargement sur une éprouvette cubique (15× 15 ×15) cm, dans le sens perpendiculaire à

l'axe de coulage, jusqu'à rupture dans une presse d’essai de compression.

La presse utilisée est une machine de type ayant une capacité maximale de Sa mise en marche

s'effectue avec une vitesse de chargement constante de MPa/seconde.


09

Essai de traction par flexion: :(NF P 18-433) [22]

L'essai de traction par flexion à 4 points est réalisé sur des éprouvettes prismatiques (10x10x40)

cm. celles-ci sont soumises à un moment de flexion par application d’une charge au moyen de

rouleaux supérieurs et inférieurs. La charge maximale enregistrée au cours de l’essai est notée et la

résistance à la flexion est calculée par conséquence.

La résistance à la traction (par flexion) correspond à la contrainte maximale calculée par la

formule suivante:

[41]

P : La charge appliquée;

a : Le coté de l'éprouvette prismatique (a × a × 4a).

La presse effectue une vitesse e chargement constante de l’ordre de MPa/sec

Essai de traction par fendage: (NF P 18-434) [21]

Cet essai consiste à rompre l'éprouvette cubique (15×15×15) entre les deux plateaux d'un presse

de compression suivant deux génératrices opposée. Le contact des plateaux avec l'éprouvette est

réalisé par l'intermédiaire de réglettes de contre-plaqué de 5cm d'épaisseur, leur largeur est de la

longueur de l'éprouvette.

La vitesse de chargement varie entre MPa/seconde

V.3.2.2. Essais non destructif:

Essai ultrasonique: (Norme NF P 18-418) [24]

Cet essai consiste à mesurer la vitesse longitudinale du son dans le béton à l'aide d'un appareil

comportant une boite de mesure, et deux têtes (une émettrice et l'autre réceptrice).

Les essais ultrasoniques ont été effectués sur des éprouvettes prismatiques (10x10x40cm). Une

fois l'appareil mis en marche, on peut lire le temps de propagation en micro-seconde. La vitesse de

propagation est donnée par l'équation suivante : V= D/ t

- V : vitesse de propagation en m/sec ;

- D : distance entre les têtes en (mètre) mesurée avec une précision de 1 % ;- t : temps en micro-

seconde.

σ1= 30P/a2


00

CONCLUSION GÉNÉRALE

65

CONCLUSION GÉNÉRALE

Le présent travail a pour but de valoriser et exploiter les granulas roulés et l’intégré dans la masse

de béton pour améliorer des performances mécaniques et rhéologique de ce bétons, et modifié par la

poudrette de caoutchouc. Pour atteindre cet objectif, différentes.

Tout en menant une recherche basée conjointement sur une synthèse bibliographique et un travail

expérimental.

Concernant la recherche bibliographique, nous l’avons subdivisée en trois chapitres:

Dans le premier chapitre, on a rappel sur les agrégats en général et les granulats roulés en

particulier.

Deuxième chapitre présente les propriétés essentielles du béton hydraulique, afin d'avoir les

arguments de comparaison. A cet effet, et selon les documents élaborés dans ce sens, nous avons

trouvé que ces propriétés doivent être présentes dans tout béton ayant le même rôle que le béton

ordinaire, à savoir la résistance, l'ouvrabilité, l'élasticité, l'étanchéité, le retrait et la vitesse de vide.

Dans le 3éme chapitre, on présente une aperçu général sur les caoutchoucs quelque soit la

définition, l’origine, les propriétés,…

En deuxième partie, travail expérimental, nous l’avons subdivisée aussi en trois chapitres :

On a étudié les caractéristiques des granulats et leur influence sur les propriétés essentielles du

béton, on note à cet égard, que plusieurs ouvrages (livres) qui traitent le rôle des caractéristiques des

granulats dans la composition des bétons.

Le chapitre deux contient les essais de convenance des matériaux utilisés pour l'identification de ces

derniers afin de connaître les caractéristiques des différents composants des bétons étudiés. Les

essais réalisés sont ceux recommandés par les normes AFNOR, à savoir, la granulométrie, mesure

des mass

I

Résumé

Le béton constitue le matériau de construction le plus utilisé au monde. La consommation

mondiale moyenne de béton est de 1 m³ par habitant. La popularité du béton à travers les âges

s’explique par ses multiples qualités dont le principal est, sans contredit, la durabilité, matériau

durable, excellente résistance à la compression, économique et polyvalent.

Ce travail consiste à une contribution entre la valorisation de matériau local (gravier roulé) et

l’utilisation de déchet industriel (caoutchouc), il a pour but de contribuer à l’amélioration de la

compacité, de l’homogénéité, de l’ouvrabilité et de la résistance du béton.

Le gravier roulé utilisés est un matériau traditionnel qui était utilisé avant le gravier concassé,

malgré sa dureté et sa disponibilité en grand quantité dans les régions sahariennes, on remarque la

rareté d’utilisation de ce matériau dans les différentes constructions actuellement.

Le déchet industriel (caoutchouc) utilisé est une poudrette issue du broyage de pneus usagés. Ce

programme se relève d’un intérêt environnemental.

Mot clé: Béton hydraulique-Gravier roulé - Poudrette de caoutchouc- Caractéristique mécanique.

: الملخص

شعبية لها الواحد للفرد مكعب متر 1 الخرسانة من العالمي االستهالك متوسط. انتشارا األكثر المستخدمة البناء مادة هي الخرسانة

, أنها مادة مستديمة و بدون اعتراض هي انهم رئيسيةال .الخصائصكونها متعددة إلى ذلك ويرجع العصور مر على ملموسة

.متعددة القيم و اقتصادية, الضغط قوةمقاومة ممتازة ل

إلى يهدفحيث ,(المطاط) الصناعية النفايات واستخدام( المدور الحصى) المحلية الموادتثمين بين مساهمة هو العمل هذا

.مقاومة الخرسانةوالتشغيل قابلية التجانس,, التماسك تحسين في المساهمة

المناطق في كبيرة بكميات وتوافره صالبته رغم ,المكسر الحصى قبل ستخدمي كان تقليدية مادة وه المستخدم مدورال الحصى

.مختلف المنشات فيحاليا استخدامه ندرة نالحظ إال أننا الصحراوية,

.البيئة مصلحة من الءم ويت البرنامج هذا. المستعملة اإلطارات لسحقنتيجة هي المستخدمة( مطاط) الصناعية النفايات

-الخصائص الميكانيكية –فتات المطاط -الحصى المدور-الخرسانة الهيدروليكية: الكلمات المفتاحية

Summary:

The concrete is the construction materials the most used in the world; the average of the

consummation in the world is 1m3 per habitant, the popularity of the concrete throughout the ages it

is explained by the multiple characteristics, the main one is, indisputably, the endurance , durable

material, excellent resistance of compression, economics and various.

This works is a contribution between the valuations of local materials (pea gravel) and the use of

industrial waste (rubber), this one is contributing to the improvement of the compactness,

homogeneity, workability of the fresh concrete and his strength.

The pea gravel is a traditional material that was used before the crashed gravel, in spite of hardness

and availability in large quantity in the saharan regions, we note the scarcity of using these

materials in different construction currently.

The industrial waste (rubber) used is an issue crumb the crushed used tires; this program is

recovering from an environmental interest

Key words: hydraulic concrete- gravel rolled - crumb rubber - mechanical features.

http://www.clicdemix.com/

Documents

Etude de Comportement d'un Béton Hydraulique Modifié ... · UNIVERSITÉ KASDI MERBAH-OUARGLA FACULTÉ DES SIENCES APPLIQÉES Département de Génie Civil et d'Hydraulique MÉMOIRE