page de garde - Bibliothèque Centrale Université de … · module de finesse faible, ayant comme trait la non conformité aux normes utilisées dans le domaine de la construction

Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université KASDI Merbah de Ouargla

Faculté des Sciences et de la Technologies et Sciences de la Matière

Département d'Hydraulique et Génie Civil

Mémoire

Présenté en vue de l'obtention du diplôme de Master Spécialité: Génie Civil

Option : C.C.I

Thème

Présenté par :

• AYACHI Amor Mohamed

Soutenu publiquement devant le Jury composé de :

LOGBI A /Elaziz M.A « A » Université d’Ouargla Président MOKHTARI A/Elssamed M.A « A » Université d’Ouargla Examinateur ABDESSALEM M.A « B » Université d’Ouargla Examinateur BELFERRAG Allaoua M.A « A » Université d’Ouargla Promoteur

Année Universitaire : 2010/2011

Etude des propriétés mécaniques

du béton de sable de dunes

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Résumé : Suite aux dégâts que peut occasionner l'exploitation des gisements de sable soit alluvionnaire, de plage, de carrière ou autres sur l'environnement. Delà vient l'idée de l'utilisation de sable de dunes, qui se trouve en grande quantité surtout dans les régions du sud Algérien, comme constituant dans la fabrication des bétons de sable de dunes. L'objectif de ce travail est une étude des caractéristiques mécaniques (compression, traction) du béton de sable de dunes sous l'influence des conditions de conservation divers. Les résultats expérimentaux ont montré que le sable de dunes utilisé présente un module de finesse faible, ayant comme trait la non conformité aux normes utilisées dans le domaine de la construction. C'est pour cela nous avons opté pour une correction de la granulométrie du sable de dunes par ajout d'un sable alluvionnaire ayant un module de finesse acceptable. Les résultats obtenus dans cette étude montrent l'influence de la correction de la granulométrie et du milieu de conservation sur les caractéristiques mécaniques (compression, traction) du béton de sable de dunes. Mots clés : Sable de dunes, Sable alluvionnaire, correction de la granulométrie, béton de sable, Résistance à la compression, Résistance à la flexion.

TABLE DES MATIERES

Résumés

Liste des figures

Liste des tableaux

Liste des photos

Introduction générale

CHAPITRE I : Rechercher Bibliographique

I.1. Historique du béton de sable………………………………..………….….. …. I.2. Sable ……………………………………………………………………….... ...

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

I.2.2 Origine des sables ………………………………….………………... …

I.2.3. Différents types de sable…………………………..…………………….

I.2.3.1. Les sables issus d'une chaîne d'élaboration (sables artificiels)……

I.2.3.2. Les sables naturels………………………………………………..

I.2.4. Sables du Sahara……………………………………..……………….. …

I.3. Propriétés des sables de dune ……………………………….…………………

I.3.1. Composition granulométrique ……………………………………….…...

I.3.2. Composition minéralogique ……………………………………………...

I.4 Classification des sables ………………………………………………………...

I.4.1. Classification selon la granulométrie ……………………….…………...

I.5. Composition et formulation des bétons de sable ……………….………………

I.5.1. Définition ………………………………………………….…………….....

I.5.2. Composition de béton de sable………………………….………………….

I.5.2.1. Les sables ………………………………….…………….......

I.5.2.2. Les ciments ……………………………….………………….

I.5.2.3. L’eau …………………………………….…………………...

I.5.2.4. Les adjuvants…………………………….……………….....

I.5.2.5.Les ajouts ………………………………..……………………

I.6. Formulation d’un béton de sable………………………….…………………….

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I.6.1. Description de quelques approches de formulation du béton de sable…..

Approche de GUINEZ, GLUAIS et DELUDE en 1984

Approche de J.J.CHAUVIN en 1987

I.6.2. Méthode théorique pour la formulation des bétons de sable…………….

I.6.2.2.Estimation du dosage en fines d’un béton de sable …………………………

I.6.2.3.Porosité et dosage en eau d’un béton de sable

I.7. Propriétés des bétons de sable ……………………….…………………………

I.7.1 La résistance à la compression ………………….………………………..

I.7.2 La résistance à la traction ……………………..…………………………

I.7.3. Durabilité des bétons de sable ………………………………………..………

I.7.4 Retrait ………………………………………..……………………...………...

I.7.5.Fluage …………………………………………………………..……………..

I.7.6.Compacité ……………………………………………...……………………...

CHAPITRE II : Caractérisation des matériaux utilisés

II.1.Introduction……………………………………………………..………………

II.2.Caractéristiques de matériaux………………………………….……………….

II.2.1.Sable …………………………………………………..……………………...

II.2.1.1.Masse volumique absolue…………………………………………………..

II.2.1.2.Masse volumique apparente……………………………….………………..

II.2.2. Equivalent de sable…………………………………………………………..

II.3.Analyse granulométrique………………………………...……………………..

II.4.Module de finesse………………………………………………........................

II.5. Ciment………………………………………………………….........................

II.5.1 La surface spécifique ……...............................................................................

II.5.2Caractéristiques chimiques……………………………..……………………..

II.5.3 Indice d’hydraulicité………………………………………………………….

II.6 Formulation et préparation d’un béton de sable………………..........................

II.6.1 Les essais de maniabilité……………………………...……………………...

II.6.2 Préparation et forme de l’échantillon ................................…..........................

II.7. Conclusion……………………………………………………………………..

CHAPITRE III : Résultats et discussion

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III.1 Introduction…...................................................................................................

III.2 Essai de résistances mécaniques……………………………….………………

III.2.1 Résistance à la flexion……………………………...………………………..

III.2.2.Résistance à la compression………………..………………………………..

III.3 Résultats de la résistance à la flexion de béton de sable…………………

III.4 Résultats de la résistance à la compression de béton de sable……………

III.5Conclusion …………………………………………………..…………………

Conclusions générales et recommandation

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Liste de Tableau

Tableau I .1: Variation de la résistance à la compression en fonction de type de béton

et à différents d’âge. (en MPa)

Tableau I.2: Variation de la résistance à la traction en fonction de type de béton

pour les différents âges d’essai (en MPa)

Tableau II.1. Résultat de la Masse volumique absolue

Tableau II.2. Résultat de la Masse volumique apparente

Tableau II.3 Nature et qualité du sable selon les valeurs d’équivalent de sable

Tableau II.4 Pourcentage d'équivalent de sable

Tableau II.5 : Module et dimensions nominales des tamis.

Tableau II.6 Résultats d'analyse granulométrique du sable de dune (100%SD)

Tableau II.7 résultats d'analyse granulométrique de 100% du sable alluvionnaire (SA)

Tableau II.8 Résultats d'analyse granulométrique de 70% (SA) +30% SD

Tableau II.9 résultats d'analyse granulométrique de 60% SA + 40% SD

Tableau II.10 Module de finesse de différents échantillons

Tableau II.11 L’analyse chimique du ciment

Tableau II.13 Caractéristiques mécaniques de ciment Portland .

Tableau III.1 .Résistance à la flexion du béton de sable (Composition 1)

Tableau III.3. Résistance à la flexion du béton de sable (Composition 2)


Tableau III.5. Résistance à la compression du béton de sable (Composition 1)



Liste des figures

Figure I.1. Effet de la nature et du dosage en fillers sur la résistance mécanique. Filler 2 plus fin

que filler 1

Figure. I.2. Influence du diamètre D du sable sur le dosage en fines.

Figure. I.3 : Influence de la dimension d sur la porosité minimale du béton pour deux tailles de

sable.

Figure. I.4 : Variation de la résistance à la compression en fonction de type de béton à 28j

pour les différentes cures.

Figure. I.5 : Variation de la résistance à la traction en fonction de type de béton à 28j

pour les différentes cures

Figure. I.6 Phénomène de retrait

Figure. I.7 Phénomène de fluage

Figure. I.8 Fluage total [3]

Figure. I.9 Influence de la résistance sur le fluage total [3]

Figure II.1. Essai d'équivalent de sable

Figure II.2 Courbe granulométrique (100 % sable de dunes)

Figure II.3.Courbe granulométrique (100% sable alluvionnaire)

Figure .II.4.Résultats d'analyse granulométrique (30% SD +70% SA)

Figure. II.5. Courbe granulométrique (60% SA + 40% SD)

Figure. II.6 Courbe granulométrique de différent échantillon

Figure II.7. Principe de fonctionnement du Maniabilimétre LCL

Figure II.8. Maniabilimètre LCL

Figure.III.1: Moules pour moulage des éprouvettes

Figure III.2: Dispositif pour l’essai de résistance à la flexion (3 points).

Figure.III.3: Dispositif de rupture en compression.

Figure. III.4.Variation de la résistance à la flexion en fonction d'âge (Composition1)

Figure III.5.Variation de la résistance à la flexion du en fonction d'âge(Composition2)

Figure III.6. Variation de la résistance à la flexion en fonction d'âge (Composition 3)

Figure III.7.Variation de la résistance à la compression en fonction d'âge (Composition 1)

Figure III.8.Variation de la résistance à la compression en fonction d'âge (Composition2)

Figure III.9.Variation de la résistance à la compression en fonction d'âge (Composition 3)

Introduction générale

Le béton est un produit fabriqué à partir de granulats (gravier, sable), ciment, eau et

ajouts divers. Lorsque on utilise uniquement des sables, on parle alors de béton de

sable où de béton de sable chargé lorsque ce dernier contient des graviers avec une

proportion dont le rapport G /S ne dépassant pas un (1).

Il n’est secret pour personne que le béton présente un handicap de part sa faible

résistance à la traction, c’est pour cela pour la réalisation des éléments fléchis on lui

joigne l’acier pour reprendre les efforts de traction. Mais il reste relativement fragile,

de ce fait, beaucoup d’ajout et de traitement sont appliqués aux bétons dont le but

d’améliorer ces caractéristiques mécaniques et rhéologiques voir thermique.

La recherche actuelle s’est orientée beaucoup plus à la valorisation des matériaux en

générale, et en particulier les matériaux locaux, afin de combattre à la fois la flambée

des prix que connu le monde et au même temps la destruction de la nature dont un

élément cruciale pour la survie de plusieurs espèces qui constituent les maillons

important pour l’équilibre de la nature.

Le souci majeur pour nous est à la fois économique, technique et environnemental.

Pour cela nous avons choisi d’utilisé le sable de dunes, où ce dernier se trouve en

grande quantité dans l’Algérie particulièrement dans le sud, connu par son manque en

matière de granulats. Donc l’utilisation de ce sable rend un immense service à

l’économie nationale et participe au développement et à la préservation de

l’environnement. Enfin, ce modeste travail est une contribution à la valorisation de

sable de dunes dans la construction.

Ce mémoire de fin d’étude s’articule autour de trois chapitres à savoir :

Le premier chapitre est une recherche bibliographique qui traite les caractéristiques

des différents constituants du béton, formulations et propriétés mécaniques et

rhéologiques des bétons de sables.

La deuxième partie est consacrée à la caractérisation des constituants, et à la

formulation du béton de sable de dunes.

Le troisième chapitre est une présentation et analyse des résultats des propriétés

mécaniques obtenus à partir de l’expérimentation.

Enfin, nous présentons quelques conclusions et recommandations concernant ce

travail.

bibliographie Chapitre I

1

I.1. Historique du béton de sable Le béton de sable est une technique connue de très longtemps en Union Soviétique,

l'actuelle Communauté des Etats Indépendants (C.E.I). Il semble que cette technique

soit parvenue dans ce pays par le biais de la Belgique et l'Allemagne.

Plusieurs ouvrages sont construits par ce matériau dont on peut citer :

- Le port de Kaliningrad en Prusse-Orientale réalisé au début du siècle 19 ;

- Métro de Saint-Petersbourg photo (I.1) [1].

Photo (I.1) Métro de Saint-Petersbourg

En 1918, le Comte Nicolas de Rochefort publie à Petrograd actuelle Leningrad, aux

éditions Rickler, un ouvrage de génie civil où il décrit la technique du béton de sable;

il donne des détails d'une surprenante fraîcheurtechnique; il signale dans son ouvrage

que, si l'on broie en même temps du clinker et du sable dans un rapport de un pour un,

on obtient un produit qui, mélangé au sable naturel dans un rapport de un pour trois,

conduit aux mêmes résistances qu'un mélange 1/3 de clinker broyé seul et de sable,

c'est-à-dire que l'on double les performances du ciment. Le Comte de Rochefort a

poussé l'expérience sur les compositions de broyage clinker/sable encore plus faible;

1/8 pour obtenir des résistances étonnantes.[2]

Quelques décennies plus tard, le béton de sable apparaît en France grâce au professeur

académicien Rebinder. Il avait lu l'ouvrage du Comte de Rochefort et repris ces idées

dans ses propres recherches. En 1971, le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

(L.C.P.C) est contacté pour la première fois par des études sur cette technique.


2

Vers 1920, la technique du béton de sable reste en "veilleuse" autant en URSS qu'en

Europe Occidentale. Elle sera de nouveau d'actualité au cours de la deuxième guerre

Mondiale oùl'armée allemande conforte ses positions et construit des pistes d'aviation,

dont certaines en béton de sable. A la fin du conflit, les soviétiques examinent ces

pistes. Certaines sont très dégradées, d'autres le sont moins; ils en tirent des

conclusions et les mettent à profit en construisant des aérodromes en béton de sable;

en particulier l'aérodrome militaire de Pevek (en Sibérie) et celui d'Arkhangelsk[3].

On peut dire que la pratique de béton de sable s'est étendue à tous les domaines du

génie civil et est en progression constante depuis la fin de la grande guerre. Il est

difficile d'évaluerla production actuelle, mais elle dépasse vraisemblablement le

million de mètres cubes par an dans les emplois identifiés des différents secteurs pris

en compte dans le projet national français SABLOCRETE[3].

I.2.Sable

I.2.1 Définition :

On définit les sables comme étant la fraction des granulats pierreux dont les grains ont

des dimensions comprises entre 80 µm et 05 mm; il s’agit d’une définition globale,

dont les bornes varient d’une classification à une autre. Ce sont aussi les matériaux

dont le diamètre maximal est inférieur à 6,3mm et dont le passant à 80 microns

n’excède pas 30%[4].

Dans le sens le plus courant, on entend par ''sable'' les éléments de dimensions 0 à 5

mm, non compris les fillers. A cette définition se rattachent les sables de concassage ;

mais lorsqu’on dit sable, on pense essentiellement aux sables naturels abondants dans

de nombreux pays et dont les réserves sont quasi inépuisables.En fait, la définition

granulométrique du sable est plus compliquée, elle varie suivant les époques et diffère

suivant les pays et selon la destination.

I.2.2 Origine des sables :

Les sables rencontrés sont le résultat d'une décomposition chimique ou d'une

désintégration mécanique des roches suivies par un processus de transport qui est à

l'origine de leurs caractéristiques physico-chimiques[4].

Les sables ainsi disponibles sont le résultat d’un processus souvent complexe

d’érosion et de sédimentation. Il comporte, à des degrés divers, une décomposition sur

place des différentes roches suivie d’un transport fluviatile et parfois éolien. Les

différents processus qui conduisent de la roche massive aux sables sont suffisamment


3

agressifs vis-à-vis des minéraux pour que seul subsistent les plus résistants; c’est ainsi

que la plus grande partie des formations sableuses est constituée de quartz qui devient

de plus en plus abondant à mesure que la taille des grains décroît. La fraction

comprise entre 0,2mm et 0,5mm est le plus souvent constituée de quartz à plus de

75%. Selon l’importance et la nature de leur transport, ces grains de sable peuvent

présenter un aspect différent[4]à savoir :

� Grains émoussés et luisants (usure due au déplacement par l’eau);

� Grains ronds et mats (déplacement par le vent);

� Grains non usés.

Selon leur histoire géologique, les sables se distinguent les uns des autres par une

multitude d’aspects: granulométrie, teneur, nature et caractéristiques des fines,

composition chimique, pétrologique et minéralogique, forme des grains, dureté, …etc.

I.2.3. Différents types de sable :

Les sables se différencient par un grand nombre de paramètres et on peut distinguer

deux types de sables :

Les sables naturels et ceux issus d'une chaîne d'élaboration.

I.2.3.1. Les sables issus d'une chaîne d'élaboration(sables artificiels):

Ce sont des matériaux produits dans une chaîne d'élaboration de granulats, et qui

peuvent se trouver en excédent pour la production recherchée (gravier ou gravillon),

ils peuvent être soit:

� Des sables roulés de dessablage qui résultent du criblage primaire d'un tout-

venant.

� Des sables de concassage qui sont très souvent l'excèdent de la production

d'une carrière ou d'une ballastière, ces derniers sont de plus en plus utilisés en

technique routière.

D'autres produits industriels ne répondant pas exactement à ces définitions ont des

caractéristiques permettant de les assimiler à ces sables (cendres volantes silico-

alumineuses); leurs méthodologies d'étude et d'utilisation sont comparables.

I.2.3.2. Les sables naturels :

Ce sont des matériaux qui existent, dans certaines régions, en abondance dans la

nature. Ils sont le résultat d'un processus complexe d'érosion et de sédimentation. Leur

formation s'effectue en trois étapes successives : la décomposition sur place des


4

différentes roches suivie d'un transport qui les amène à un dépôt où ils demeurent

sous différentes formes. Les plus rencontrés et les plus connus sont :

a- Les sables marins :

Les éléments de petits tailles, peuventêtre affectés par l’action fluviatile, parviennent

à la mer et s’y trouvent au fond. Ils sont mélangés à d'autres éléments provenant de

l'action d'arrachement de la mer aux côtes et finissent par se déposer après avoir subi

un long frottement. Les sables marins se caractérisent par leur petite taille de forme

anguleuse [5].

b- Les sables marins littoraux :

On trouve ces sables dans les régions littorales. Ils se caractérisent par une

granulométrie uniforme, des grains fins qui peuvent contenir de grandes quantités de

minéraux rares; ils peuvent aussi avoir de fortes teneurs en calcaire ou en être

complètement privés.

c- Les sables fluviatiles :

On les trouve dans les fleuves et les rivières et éventuellement sur leurs côtes; ce sont

des restes d'altération transportés par ces cours d'eau et déposés avant d'atteindre la

mer.En raison de la courte distance de transport, les grains de ces sables sont plus

grossiers, mal concassés et présentent une forme anguleuse et un aspect très rugueux.

d- Les sables éoliens :

Ils sont constitués de grain de sable d’origine quelconque et se trouvent dans plusieurs

régions du désert sous forme de dunes, qui occupent de vastes surfaces comme le cas

du Sahara en Algérie.

Leur origine est très différente, ils sont transportés par le vent. Ils se caractérisent par

une granulométrie uniforme de taille moyenne (autour de5mm), de grains arrondis et

dépolis à cause de nombreux chocs entre eux.

I.2.4. Sables du Sahara :

Le sable est l’un des matériaux les plus abondants au Sahara et parfois le seul dans de

vastes zones. Les différents types de sables sahariens sont [6]:

I.2.4.1. Dépôt alluvionnaire :

Les sables de rivière rencontrés se trouvent soit dans des oueds à écoulement fréquent

de labordure de l’Atlas (dépôts actuels), soit dans des lits d’anciens oueds dont

l’écoulementremonte à des époques géologiques antérieures. Les principaux types

retenus pour les usagesroutiers sont les suivants:


5

� Sable graveleux ou non à granulométrie assez étalée et avec fines (15 à 30 %).

Onl’utilise pour la couche de fondation et la couche de base (technique du

sable-argile);

� Gros sable de préférence graveleux à granulométrie étalée pour enrobés

(enrobés à froidlorsqu’il y a assez de grossiers ou sable enrobé à chaud).

I.2.4.2. Sables éoliens :

Les dunes sont constituées de sable fin voir très fin, à granulométrie serrée ou très

serrée.

I.2.4.3. Sables de regs :

Le reg est une formation de surface qui recouvre de vastes zones plates ou à relief très

mou.L’action du vent a balayé le sable fin et enrichi la surface d’éléments plus gros

tels lescailloux, gravier, gros sable, qui se trouvent disposés d’une manière régulière.

I.2.4.4. Sables géologiques en place :

On peut ranger sous cette dénomination des formations continentales de sols fins, tels

lessables argileux du continental intercalaire appelé parfois albien, qui affleurent à la

bordureouest et sud du Sahara central et oriental (Reggane, Adrar, In Salah, plateau

du Tahouratine).

I.2.4.5. Sables gypseux :

Nous rangeons dans une catégorie spéciale et en raison de leur large utilisation

routière, dessables contenant des proportions variables de gypse et étant soit des

sables géologiques enplace, soit des dépôts alluvionnaires.

I.2.4.6. Sables gypso-calcaires :

Dans les plateaux entre Ouargla et Hassi Messaoud, on trouve sous une dalle de

calcaire assezdure de surface, un mélange de cailloux calcaires mi-durs et de sable

gypso-calcaire. Ce toutvenant a été utilisé pour la route Ouargla/ Hassi Messaoud. Ces

sables n’ont pas été utilisésseuls jusqu’ici[5].

I.3. Propriétés des sables de dune :

Le sable dunaire est en abondance dans prés de 60% de la superficie du territoire

Algérien. L'épaisseur moyenne de la couche sableuse est de 6m. Cette énorme

quantité a amené les ingénieurs à s'interroger sur les propriétés physico-chimiques de

ces sables afin de les valoriser et de les utiliser dans le domaine de la construction.

Des études, de composition granulométrique, minéralogiques, chimiques et autres sur

différents gisements ont été effectuées par des organismes tel que l'Unité de


6

Recherche et d'Etude Géologique [7], dont les résultats ont permis de tirer les

constatations suivantes :

I.3.1. Composition granulométrique :

Les gisements sont constitués par la formation de sable éolien, sous forme de dunes,

de couleur variable et finement grenu. Ces sables ont une granulométrie fine, avec

quelques nuances non significatives (les plus gros grains n'atteignent pas 1mm de

taille) [8].

I.3.2. Composition minéralogique :

Des tests effectués sur la composition minéralogique des sables provenant des

différentes régions ont permis de constater que:

• Le quartz forme plus de 85% du sable; les grains sont généralement arrondis et

parfois anguleux.

• La calcite se manifeste par des grains de couleurs différentes variant autour de

5%; ils ne dépassent en aucun cas les 10%.

• Le gypse se trouve sous forme de grains fins, de couleur blanchâtre avec des

pourcentages ne dépassant pas les 2 à 3%.

• On peut également trouver dans certains gisements du feldspath, son

pourcentage ne dépasse pas les 4%.

I.4 Classification des sables :

L’intérêt de la classification est de regrouper en familles les matériaux qui présentent

despoints communs soit dèsleur genèse, soit dans leur comportement lié à un usage

précis.Il est utile de classer les sables, afin de pouvoir préciser à priori et pour un

sable donné, lesdivers procédés de traitement qui conviennent mieux à son utilisation

dans un domaine etselon ses spécifications. On conçoit de ces conditions qu’il n’y a

pas une classification, maisdes classifications selon l’usage envisagé, chacune

répondant à une fonction. Il existe de cefait des classifications géologiques,

pédologiques et géotechniques.

I.4.1. Classification selon la granulométrie :

� Sable grossier :


7

Plus de 20% des éléments sont supérieurs à 2mm et plus de 50% des éléments

supérieurs à80µm sont compris entre 0,5 et 5mm. Ces sables ont des propriétés qui se

rapprochent desgraves.

� Sable moyen :

Moins de 20% des éléments sont supérieurs à 2mm et plus de 50% des éléments

supérieurs à80µm sont compris entre 0,2 et 2mm.

� Sable fin :

Plus de 75% des éléments supérieurs à 80 µm, sont inférieurs à 0,5mm.

Ces sables doiventêtre notablement corrigés pour acquérir des propriétés comparables

à celles des graves.

I.5. Composition et formulation des bétons de sable :

I.5.1. Définition :

Le béton de sable a les particularités suivantes :

� Il se distingue des mortiers par son dosage en liant moindre, sa résistance plus

élevée et sa destination essentiellement destiné aux usages traditionnels du

béton;

� Il se distingue d’un béton ordinaire par son dosage en sable(s) élevé, par

l’absence ou le faible dosage en gros granulats (une rigidification par des

gravillons tels que lerapport G/S soit inférieur à l’unité peut être nécessaire), et

l’incorporation d’ajout;

Il ressemble au béton ordinaire par son dosage en liant et sa résistance similaire et

parce qu’il peut être utilisé pour la réalisation des éléments de résistance pour

bâtiments et chaussées.C’est donc un matériau répondant aux critères d’un béton

traditionnel en termes de performances, de durabilité et de comportement.

Les composants rentrant dans la composition d’un béton de sable sont ceux du béton

traditionnel, matériau normalisé et par conséquent eux-mêmes normalisés et

répondant à des avis techniques pour une utilisation dans le béton [2].

I.5.2. Composition de béton de sable:

I.5.2.1. Les sables :


8

Les sables utilisables sont ceux conformes aux définitions des normes NFP18-

541(ESP ≥75 si le sable est roulé et ES≥ 65 s’il est broyé) [2]. Il peut s’agir d’un sable

alluvionnaire, de ballastière ou de concassage 0/D.

Aucun critère granulométrique n’est exigible à priori, la seule restriction d’emploi

réside dans la propreté ; les sables riches en fines naturelles nécessitent généralement

beaucoup plus d’eau, ce qui entraîne une chute de résistance.

I.5.2.2. Les ciments :

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

moulue qui, gâchée avec de 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 [9].

Les ciments sont donc des liants hydraulique formés de constituants anhydres

cristallisés ou vitreux renfermant pour l'essentiel de la silice (SiO2), de la chaux

(CaO) ainsi que l'alumine (Al2 O3). En se combinant avec l'eau, ces constituants

forment des silicates et des aluminates de calcium hydratés solides et stables [10].

I.5.2.3. L’eau :

Celle utilisée est conforme à la norme NFP18-303. La proportion élevée d’éléments

fins nécessite un volume de mouillage plus important, élevant le rapport E/C au

dessus de celui des bétons ordinaires ; l’incorporation de plastifiant réducteur d’eau et

la sélection de fillers adéquats peuvent réduire la quantité d’eau dans des proportions

non négligeables.

I.5.2.4. Les adjuvants:

Comme pour les autres bétons, les bétons de sable utilisent les adjuvants sous

diversiformes: plastifiants, super-plastifiants, etc. les adjuvants confèrent

physiquement et économiquement aux bétons des avantages considérables entre autre

l'amélioration de la maniabilité, l'utilisation du béton dans les conditions difficiles, ils

permettent aussi l'utilisation d'autres types de matériaux dans le béton [11].

I.5.2.5.Les ajouts :

Les bétons de sable constitués uniquement de sable et de ciment ont généralement des

résistances inférieures à celle des bétons classiques; pour relever cette insuffisance.

oneffectue des ajouts (généralement des fines). ceux-ci sont destinés à augmenter la

compacité et par là même obtenir la résistance optimale. On utilise en particulier [28].

� Les fibres:


9

Les fibres (polypropylène, acier, fonte amorphe...) : Elles peuvent constituer un

renfort de structure, en particulier au jeune âge du béton. Leur rôle dépend de leur

nature, leur dosage et leur longueur.

Elles influent sur la vitesse et l'importance du retrait libre mais elles confortent

notamment la tenue du matériau [12].

� Les gravillons:

L'ajout de gravillons permet d'augmenter la compacité et à même dosage en

ciment, la matrice de sable se trouve enrichie en ciment. En effet, il est possible de

"raidir (augmenter le module d'élasticité) la formulation d'un béton de sable en y

ajoutant des gravillons, dans un rapport gravillon/sable restant inférieur à 1 : il

s'agit d'un béton de sable chargé, alors que ce rapport est compris entre 1,4 et 1,7

pour le béton classique [12].

� Les filler

Ce sont des fines qui ont pour but de combler en partie les vides du sable (filler:

remplir). Leur efficacité sera très variable selon leur nature minéralogique. Leur

finesse, leur activité (inerte ou à caractère pouzzolanique). Par exemple. il y a les

pouzzolanes. les cendres volantes, le laitier de haut fourneau granulé moulu, la fumée

de silice qui sont à caractère pouzzolanique alors que le fil 1er calcaire est inerte. Une

optimisation du rapport efficacité/coût doit être faite. Nous utiliserons dans nos essais

en laboratoire, les fines de calcaire (qui sont des résidus de carrière disponibles par

exemple dans les carrières de calcaire de Rufisque et Bargny[13].

I.6. Formulation d’un béton de sable

Formuler un béton consiste à choisir des constituants et à les proportionner en

vue d’obtenir des propriétés spécifiques répondant à des critères techniques et

économiques[14].

Les approches de formulation des bétons de sable sont complétées par, la

méthode de formulation théorique basée sur l’optimisation de la compacité de

squelette granulaire, et la méthode expérimentale basée sur la réalisation de gâchées

successives.

I.6.1. Description de quelques approches de formulation du béton de sable

a-Approche de GUINEZ, GLUAIS et DELUDE en 1984 [15]:


10

Cette approche est basée sur l’augmentation de la compacité du béton par l’adjonction

d’un filler.

L’étude a été menée sur un sable alluvionnaire 0/3 mm pour être ensuite étendue à

d’autres types de sable. L’objectif recherché était l’obtention d’une compacité

maximale, pour que les caractéristiques physiques et mécaniques soient meilleures.

� La première étape consistait à rechercher par tâtonnements un

mélange de sable, ciment et eau (formulation de base) possédant une

bonne maniabilité et une résistance à la compression voisine de celle

des briques et des parpaings (autour de 8 MPa).

Cinq formules dosées respectivement de 450, 350, 300, 250 et 200Kg de

ciment au m3ont été soumises à des essais mécaniques.

� La deuxième étape consistait à améliorer les performances de la formulation de base par la recherche de la meilleure correction granulaire possible, avec l’introduction du type de filler qui convient.

Pour cela, trois types de fillers (calcaires), différents par leurs

granulométries ont été utilisés à divers dosages.

Les dosages en ciment et en eau ont été fixés à 300Kg/m3 et 240l/m3

respectivement.

Les quantités de sable et de filler sont variables.

Les fillers employés avaient les caractéristiques granulométriques suivantes :

• Filler V : le plus fin, 75% des grains inférieurs à 20 microns.

• Filler R : 62 % des grains inférieurs à 40 microns.

• Filler F 3 : 20 % des grains inférieurs à 40 microns et 75 % inférieurs à 200

microns.

C’est la correction par le filler le plus fin (filler V) qui a donné les

meilleurs résultats mécaniques et rhéologiques :

� Dans la troisième étape, la quantité de ciment a été réduite à 250

Kg/m3 et divers adjuvants (plastifiants) ont été utilisés.

b- Approche de J.J.CHAUVIN en 1987[4]:


11

Pour formuler ses bétons de sable, J.J.CHAUVIN s’était fixé au préalable le dosage

en ciment à 350 kg/m3 et 250l/m3 respectivement ; Le dosage en eau a été choisi

arbitrairement.

Il a ensuite étudié les relations existant entre la nature et le dosage en fillers d’un coté,

et les principales caractéristiques du béton de l’autre coté (résistance, compacité

et maniabilité).

Fig. I.1. Effet de la nature et du dosage en fillers sur la résistance mécanique. Filler 2

plus fin que filler 1

I.6.2.Méthode théorique pour la formulation des bétons de sable[3]:

I.6.2.1.La compacité et la formulation :

Dans le béton, les granulats jouent le rôle d'ossature dans laquelle la pâte assure dans

un premier temps un rôle rhéologique (cohésion et fluidité) qui donne au béton

frais les propriétés d'agglomération et de maniabilité, puis un rôle de colle

permettant de développer les propriétés mécaniques et la durabilité du béton durci.

La formulation d'un béton consiste à optimiser le squelette granulaire selon un

choix judicieux des proportions de sable et de gravier ensuite à combler la

porosité de cet empilement avec la pâte de ciment. Cette pâte elle-même étant

caractérisée par le rapport E/C pour viser une maniabilité à court terme et une

résistance et durabilité à long terme. Le problème de la formulation d’un béton se

pose principalement en termes d’optimisation de la compacité du squelette

granulaire. Cette compacité définie comme le rapport du volume solide sur le volume

total, correspond au complément à l’unité de la porosité.


12

Au début du 20eme siècle, CAQUOT a pu établir, à partir de résultats expérimentaux,

une relation mathématique entre le volume des vides (v) d’un mélange

granulaire et son étendue granulaire (d/D) tel que :

� = �� .�

………….. (1.1)

Où, d : correspond à la dimension du tamis retenant 90 % des granulats.

v 0 : constante empirique égale à 0,5.

D : correspond à la dimension du tamis retenant 10 % des granulats.

Cette formule sous-entend que le mélange défini par son étendue granulaire est

optimisé (sans voir la répartition des grains à l’intérieur de cette étendue granulaire).

Cette formule est à la base de nombreuses méthodes de formulation des bétons

qui consistent généralement à définir des courbes granulaires de référence. Nous

citerons pour exemple les méthodes de BOLOMEY, FAURY, DREUX….etc.

Dans le cas des bétons de sable, les constituants solides sont le sable, les fines

d’addition et le ciment ; les fines d’addition étant de dimensions voisines de

celles du ciment. L’application directe des méthodes de formulation adaptées aux

bétons ordinaires conduit généralement à des estimations du dosage des

constituants déraisonnables. Il faut donc adapter la démarche de formulation

pour ces bétons en repartant de la base et principalement à partir de la formule de

CAQUOT.

I.6.2.2.Estimation du dosage en fines d’un béton de sable :

Dans cette étape, on va optimiser la compacité des constituants solides du béton de

sable. Pour ce faire, ces constituants sont séparés en deux fractions, les fines

regroupant l’ensemble des grains de tailles inférieures à 80 µm et le sable

couvrant l’étendue granulaire 80 µm/D (D étant défini ici comme le diamètre

maximal du sable).

Remarque : Les fines sont constituées de ciment, de la fine d’addition et de la fraction

du sable inférieure à 80 µm, si la fine d’addition comporte des grains de taille

supérieure à 80 µm, cette fraction se retrouve intégrée au sable.


13

Considérant l’étendue granulaire du sable, il est alors évident qu’il présente une

porosité (ps) définie par la formule de CAQUOT, soit :

� = 0.75�0.08 �� (En pourcentage volumique) …………. (1.2)

0,75 : Est la valeur de la constante expérimentale qui donne la bonne estimation en

terme de porosité.

Le dosage volumique optimal en fines cherchera à combler cette porosité afin

d’optimiser la compacité de l’ensemble. A ce niveau, les fines complètent

l’étendue granulaire du squelette solide.

Moyennant quelques hypothèses simplificatrices, en désignant par [fines le

volume de l’ensemble des particules inférieures à 80 µm et [v ]le volume de vides

associé à l’empilement de ces fines, CAQUOT a obtenu le résultat suivant :

[Fines]= [V]

La porosité des fines est généralement proche de la valeur 50 %.

Le dosage optimal en fines est :

�� = 0.38�0.08 �� …………….. (1.3)

La constante « 0,38 » a une précision de ± 0,10.

Cette formule montre que le dosage en fines dépend surtout de la limite

supérieure de l’étendue granulaire, on voit clairement que plus le diamètre D diminue

(Figure. I.2), plus le dosage en fines augmente et devient rapidement excessif

entermede ciment seul.


14

Fig. I.2. Influence du diamètre D du sable sur le dosage en fines. [3]

I.6.2.3.Porosité et dosage en eau d’un béton de sable :

Dans le béton, le squelette granulaire y compris les fines étant optimisé présente

toujours une certaine porosité.En admettant que les vides inters granulaires se

décomposent en la somme d’un volume d’eau (e) et d’un volume de vides piégés (v),

la porosité minimale théorique du béton est donnée par la relation suivante, issue une

nouvelle fois des travaux sur la compacité de CAQUOT:

�� + !"#$ = 0.8�� ……………… (1.4)

d/D : l’étendue granulaire y compris les fines.

Le calcul de la porosité minimale nécessite la valeur de d, borne inférieure de

l’étendue granulaire (Figure I.3). L’estimation de cette valeur est délicate, compte

tenu des effetsde floculation dans l’eau qui peuvent se produire à l’échelle des fines

particules. Ainsi, dans le cas de mélange totalement défloculé, d peut être défini

comme la moyenne harmonique de la dimension des grains du constituant le plus fin.

La valeur de d est donnée comme suit :

� Si le mélange est défloculé par l’utilisation d’un adjuvant :

� = %�&∙( �))!……………... (1.5)

avec, f : La finesse de Blaine des fines (cm2/g)

*: La masse volumique des fines (g/cm3).


15

Fig. I.3: Influence de la dimension d sur la porosité minimale du béton pour deux

tailles de sable [3].

� Si le mélange n’est pas défloculé, alors il faut prendre pour d une estimation

de la dimension des flocs entre 0,020 et 0,025 mm.

Finalement, pour estimer le dosage en eau, il faut préalablement évaluer la quantité

d’air piégé. Dans le cas des bétons de sable, cette quantité est légèrement supérieure à

ce qu’elle est dans les bétons ordinaires. Un ordre de grandeur peut être obtenu par la

formule suivante, qui conduit à des teneurs en air de l’ordre de 3 à 5%.

�� = +��,-� �. )/� �………….. (1.6)

avec, k compris entre 0,2 et 0,25.

En ce qui concerne l’estimation du dosage en sable, il suffit de compléter au mètre

cube la somme des dosages des constituants fines, eau et vides. Nous avons alors:

��,0.�� = 100 − ��3�� − ��,-� − � �� . )/� �………… (1.7)

I.7. Propriétés des bétons de sable :

I.7.1 La résistance à la compression :

La résistance à la compression du béton est une propriété utilisée dans la conception

des bâtiments et des structures. Cette dernière est fortement dépendante du rapport

eau/ciment et de l'âge du béton, du pourcentage d'hydratation, du malaxage etc. [17]

Dans une étude expérimentale réalisée par BENTATA A. [18], sur les bétons de sable

de dune dont les résultats sont affichés dans le tableau(I.1) où ce dernier àtrouvé que


16

les échantillons conservé à l’eau ont donné des résultats meilleurs que ceux conservé

à l’air libre (fig. I.4).

Tableau I .1:Variation de la résistance à la compression en fonction de type de béton et à différents d’âge. (enMPa)

La figure(I.4)présenteles résultats de la résistance à la compression de

différentséchantillonsutilisés selon les deux modes.

Fig. I.4 : Variation de la résistance à la compression en fonction de type de béton à 28j pour les différentes cures

Il a aussi remarqué que l’augmentation de dosage en sable de dune dans la

composition du béton, crée une diminution de la résistance à la compression du béton.

Il a soulevé aussi que cette dernière est influencé par quelques caractéristiques du

sable, à savoir : le module de finesse, l’équivalent de sable, et l’état de surface des

grains.

I.7.2 La résistance à la traction :

Diverses études ont été réalisées concernant la résistance à la traction des bétons de

sable, nous citons les travaux réalisés par BANTATA .A[18], sur cinq types de bétons

de sable de dunes dont leurs compositions ainsi que leurs résistances à la traction sont

Type de béton 7 jours 14 jours 28 jours 90 jours air Eau air Eau air eau air eau A 100% SA 18± 2.80 19 ± 2.20 24± 3.20 26± 2.90 29± 3.70 31± 3.90 29 ± 4.20 32 ± 3.80 B 75%SA+25%SD 12± 2.20 11 ± 3.10 21± 2.50 22± 2.20 23± 2.80 24± 4.40 23 ± 4.10 26 ± 3.60 C 50%SA+50%SD 12± 2.50 14 ± 2.80 16± 3.20 17± 3.00 23± 2.70 27± 2.00 23,5± 3.3027 ± 3.10 D 25%SA+75%SD 9 ± 3.00 9,5 ± 2.40 14± 3.20 15± 2.80 22± 3.10 24± 3.50 22,5± 3.8023,5±2.70 E 100% SD 12± 2.70 12 ± 3.10 14± 3.60 14± 2.50 20± 2.60 24± 2.00 21 ± 3.00 24,5±3.50

0

5

10

1520

25

30

35

A B C D E

Béton

Fc28(MPa) air

eau


17

présentées dans le tableau (I.2), où ce dernier àtrouvé que les échantillons conservé à

l’eau ont donné des résultats meilleurs que ceux conservé à l’air libre (fig. I.5).

Tableau I.2:Variation de la résistance à la traction en fonction de type de béton

pour les différents âges d’essai (en MPa)

Type de béton 7 jours 14 jours 28 jours 90 jours air eau air eau air eau air eau A 100% SA 1,1 ± 0.21 1,1 ± 0.25 1,8 ± 0.16 1,8 ± 0.16 2,4 ± 0.20 2,5 ± 0.16 2,6 ± 0.23 2,6 ± 0.24

B75%SA+2%D 1,4 ± 0.19 1,7 ± 0.24 1,5 ± 0.27 1,8 ± 0.26 2 ± 0.22 2,2 ± 0.20 2,1 ± 0.28 2,5 ± 0.28

C50%SA+50%D 1,7 ± 0.20 1,8 ± 0.15 1,9 ± 0.16 2,2 ± 0.15 2,5 ± 0.26 2,6 ± 0.24 2,4 ± 0.30 2,6 ± 0.30

D25%SA+75%D 1,7 ± 0.13 1,5 ± 0.20 2 ± 0.17 1,9 ± 0.18 2,4 ± 0.24 2,4 ± 0.24 2,3 ± 0.23 2,3 ± 0.23

E 100% SD 1,9 ± 0.18 1,9 ± 0.17 2 ± 0.18 2,1 ± 0.19 2,4 ± 0.26 2,5 ± 0.25 2,6 ± 0.26 2,5 ± 0.26

La figure(I.5)présenteles résultats de la résistance à la traction de

différentséchantillonsutilisés selon les deux modes.

Fig. I.5 : Variation de la résistance à la traction en fonction de type de béton à 28j pour les différentes cures

Les principales remarques qu’on tirer des résultats c’est que les valeurs de la

résistance à la traction restent invariables dans tous les types des bétons. Les résultats

restent presque voisins à celles présente par le béton témoin.

Dance la résistance à la traction ne dépend pas des différents dosages en sable de dune

[18].

I.7.3. Durabilité des bétons de sable :

La tenue d’un béton vis-à-vis des phénomènes d’échange dépend évidemment de

l’environnement de celui-ci. L’estimation de la durabilité se fera par conséquent à

l’aide d’essais de perméabilité à l’eau et à l’air, de mesure de la carbonatation et de la

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

A B C D E

Béton

Ft28 (MPa) air

eau


18

pénétration des ions chlorures. Les conclusions suivantes ont été faites vis-à-vis des

attaques physico chimiques [3].

� La perméabilité à l’eau est plus faible qu’un béton ordinaire (2,5 10-12 contre

10-10m/s) ; quant à la perméabilité à l’air, elle conduit à des résultats inférieurs

ou comparables pour des bétons de sable optimisés.

� La profondeur de carbonatation en ambiance naturelle pourrait être importante

du fait de la faible dimension des pores (<10µm) et de l’absorption initiale.

Des résultats expérimentaux montrent un quasi proportionnalité entre

profondeur carbonatée et absorption initiale[16].

� Le comportement à la pénétration des ions chlores est comparable à celui des

bétons traditionnels

I.7.4 Retrait :

Dans les environnements secs et chauds, un grand nombre d'ouvrages et de

constructions on béton subit diverses actions climatiques (action de la chaleur, et de

l'humidité basse), ce qui induit des déformations rhéologiques défavorables.

Actuellement, l’avancement des recherches conduit à séparer ces déformations

différées en de grandes familles, le retrait et le fluage.

I.7.4.1 Définition de retrait :

• Lorsque l’on observe une pièce en béton, et même son gâchage, on constate

qu’en absence de toute force extérieure, elle change de volume [18].

• Si l’élément en ciment ou en béton se trouvait dans une atmosphère ayant une

humidité relative inférieure à celle d’équilibre de l’élément, les dimensions de

ce dernier diminuent [19].

• L’hydratation se manifeste par une croissance des amas d’hydrates et une

diminution du volume molaire total. En effet, le volume molaire des hydrates

formés est inférieur à la somme des volumes molaires du ciment anhydre et de

l’eau participants à la réaction.

C'est le phénomène qui est appelé retrait ou «contraction de Le Chatelier» et qui est

de l’ordre de 10% [20].

La différence de retrait qui existe entre les deux matériaux (béton de sable et béton

classique) est vraisemblablement liée à plusieurs paramètres, dont nous citons:

- l'influence du dosage en eau;

- l'influence du dosage en ciment;


19

- l'influence de la distribution et de la taille des vides, qui est largement influencée par

la taille des grains de sable et la quantité des fines [21].

Fig. I.6 Phénomène de retrait

I.7.5.Fluage :

Le fluage à et découvert par Eugène Freyssinet en 1910 qui l’observa sur un

pont à Le Vendre sur l’Allier, France. Ce phénomène (figure I.7) résulte en premier

lieu d'une migration d'humidité. En cas de charge plus importante, des micro-fissures

se développent dans la pâte de ciment durcie. Un béton jeune est plus sensible au

fluage parce que la structure du matériau résiste moins bien aux contraintes de

compression et de traction internes. Le fluage est donc une déformation sous

contrainte constant appliquée au béton.

Donc pour éviter l'apparition de ces phénomènes, il faut minimiser la quantité

de ciment c'est-à-dire remplir par des matériaux inertes et solides (granulats). [22]

Des études expérimentales sur les fluages des bétons de sable en comparaison

avec un béton classique, montrent que la valeur du fluage d'un béton de sable est plus

important par rapport à celui d'un béton classique (figure I.8).

Et ainsi, elles montrent que le fluage varie d'une façon inverse avec la

résistance. En effet, un béton ayant une résistance élevée présentera un fluage faible,

qui sera par ailleurs proche de celui d'un béton courant. Donc on peut diminuer le

fluage du béton de sable en augmentant sa résistance (figure I.9) [3].

bibliographie

Fig. I.9 Influence de la résistance sur le fluage total [3]

I.7.6 Compacité :

La compacité d'un béton est définie comme le volume occupé par les éléments solides

rapportés au volume total. Elle est

20

Fig. I.7 Phénomène de fluage [22]

Fig. I.8 Fluage total [3]

Influence de la résistance sur le fluage total [3]


rapportés au volume total. Elle est bien sûr complémentaire à la porosité

Chapitre I


ûr complémentaire à la porosité [23].


21

Les granulats du béton jouent le rôle d'ossature, dans laquelle la pâte assure d'abord

un rôle rhéologique (cohésion et écoulement) puis un rôle de colle permettant de

développer les propriétés mécaniques et de durabilité du matériau durci.

Le problème de la formulation d'un béton se pose en termes d'optimisation de la

compacité du squelette granulaire, par un choix judicieux de la proportion de sable et

de gravillons puis par un comblement de la porosité de cet empilement avec la pâte

afin d'obtenir l'ouvrabilité désirée.

En effet, au début du siècle, Caquot a pu établir, à partir des résultats expérimentaux

une relation mathématique entre le volume des vides (v) d'un mélange granulaire et

son étendue granulaire (d/D) [3] :

V = V0 (d/D)0.2……………….(1.1)

Avec Vo : constante expérimentale ;

V : le volume des vides d'un mélange ;

d : diamètre des éléments les plus fin;

D: diamètre des éléments les plus grands.

I.8. Conception des bâtiments en béton de sable :

Le bâtiment et ses industries connexes constituent aujourd'hui le secteur d'activité le

plus gros consommateur de béton. Plusieurs familles de béton sont utilisées à savoir :

béton classique, béton hautes performances, béton léger,… etc.

Le béton de sable prend aujourd'hui sa place dans ces familles et propose, ainsi que

précédemment exposé, des caractéristiques spécifiques qui peuvent en faire un

matériau recherché pour un usage donné.

C'est le cas dans le domaine du bâtiment ou l’on trouvera avantage a utiliser le

matériau, notamment pour ses qualités d'ouvrabilité (bon garnissage des moules, bon

enrobage des aciers même en cas de ferraillage dense), son absence de ségrégation et

principalement sans doute pour ses qualités d'aspect qui autorisent de séduisants effets

architecturaux.

Moyennant, le cas échéant, quelques réglages de matériel, la fabrication du béton de

sable s'appuie dans le domaine, sur les mêmes infrastructures industrielles que le

béton traditionnel, essentiellement usines de préfabrication et centrales de béton prêt à

l'emploi.


22

I.9 Conclusion:

Il apparaît dans l’étude bibliographique que nous avons rapportée dans ce chapitre,

qu'il existe une grande famille de matériaux composites. Et que l'utilisation des bétons

de sable dans divers domaine d’emploi dépend :

• Des arguments technico-économique contribuant à favoriser son

développement. Entre autre sa facilité de bétonnage qui conduit à une bonne

exécution des ouvrages et leurs bons façonnages.

• De la composition des bétons de sable qui est totalement différente de celle

d’un béton courant.

• Présence de plusieursméthodes et approche de formulation de béton de sable

selon la conception et les moyenslocaux.

Caractérisation des matériaux utilisés Chapters II

23

II.1.Introduction

Dans ce chapitre nous allons présenter les caractéristiques des différents constituants

utilisés dans la formulation et la fabrication du béton de sable de dune.

Les résistances mécaniques des bétons en générale et des bétons de sable en particulier

nécessitent des précautions particulières à savoir : le choix et la sélection des

constituants ainsi que leurs utilisations pour pouvoir obtenir les résultats recherchés en

matière de résistance.

II.2. Caractéristiques des matériaux :

II.2.1. Sable :

On entend Par le sable tout granulat 0/D conformes aux définitions des normes NFP 18-

101 et NFP 18-301. Il peut s’agir soit d’un sable naturel alluvionnaire ou de ballastière,

soit d’un sable de carrière issu du concassage d’une roche massive ou détritique [3].

Dans cette étude nous avons utilisé un sable alluvionnaire (SA) Hassi Sayah et un sable

de dune (SD) de couleur jaune provenant de la région de Ain El Beida (Wilaya

d’Ouargla)

II.2.1.1.Masse volumique absolue :

Cet essai est régi par la norme NFP 18-301; elle est définie comme étant la masse par

unité de volume de la matière qui constitue le granulat sans tenir compte des vides

pouvant exister entre les grains [25].

� 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.

Dans ce travail nous avons utilisé la méthode de l'éprouvette graduée, elle est

Simple, rapide et utilise un matériel courant du laboratoire.

� Mode opératoire

1. Remplir une éprouvette graduée avec un volume V1 d'eau.

2. Peser un échantillon sec M de sable (environ 100 g) et l'introduire dans l'éprouvette

en prenant soin d'éliminer toutes les bulles d'air.

3. Lire le nouveau volume V2.


24

La formule qui nous permis la détermination de la masse volumique est :

�� =�

�� ……………………. (2.1)

Le tableau II.1 présente les résultats de la Masse volumique absolue.

Tableau II.1. Résultat de la Masse volumique absolue

Composition de sable ( kg/m3 )

Sable de dune 2727.72

Sable alluvionnaire 2899.15

II.2.1.2.Masse volumique apparente

Cet essai est régi par la norme NFP 18-554, elle est définie comme étant la masse de

l’unité de volume apparente du corps, c'est-à-dire celle du volume constitué par la

matière du corps et les vides qu’elle contient [26].

Le tableau II.2 présente les résultats de la masse volumique apparente obtenus au

niveau du laboratoire.

Tableau II.2. Résultat de la Masse volumique apparente

II.2.2. Equivalent de sable :

Il est défini par la norme NFP 18-598; cet essai d'équivalent de sable, permettant de

mesurer la propreté dún sable, est effectué sur la fraction dún granulat passant au

tamis à mailles carrées de 5 mm. Il rend compte globalement de la quantité et de la

qualité des éléments fins, en exprimant un rapport conventionnel volumétrique entre les

éléments sableux qui sédimentent et les éléments fins qui floculent [27].

� But de l'essai

Cet essai a pour but de mesurer la propreté des sables entrant dans la composition des

bétons. L'essai consiste à séparer les flocules fins contenues dans le sable. Une

composition de sable ( kg/m3)

Sable de dune 1462.12

Sable alluvionnaire 1559.02


25

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

quantifie la propreté de celui-ci.

� Principe de l'essai L'essai est effectué sur la fraction 0/2 mm du sable à étudier. On lave l'échantillon, selon

un processus normalisé, et on laisse reposer le tout. Au bout de 20 minutes, on mesure

les éléments suivants :

- hauteur H1 : sable propre + éléments fins,

- hauteur H2 : sable propre seulement.

On en déduit l'équivalent de sable qui, par convention dit équivalent de sable permettant

de déterminer le degré de propreté du sable :

�� =��

��× 100………………….. (2.2)

Selon que la hauteur H2 est mesurée visuellement ou à l'aide d'un piston, on détermine

ESV (équivalent de sable visuel) ou ESp (équivalent de sable au piston)

Fig. II.1. Essai d'équivalent de sable

Tableau II.3 Nature et qualité du sable selon les valeurs d’équivalent de sable


26

Tableau II.4 Pourcentage d'équivalent de sable

II.3.Analyse granulométrique:

Les courbes granulométriques des différents granulats peuvent être déterminées par

l'essai de l'analyse granulométrique (NF P 18-560).

L'essai consiste à classer les différents grains constituant l'échantillon en utilisant une

série de tamis (voire la photo II.1 dans l’annexe), emboîtés les uns sur les autres, dont

les dimensions des ouvertures sont décroissantes du haut vers le bas. Le matériau étudié

est placé en partie supérieure des tamis et le classement des grains s'obtient par vibration

de la colonne de tamis [28].

a. But de l'essai :

L'analyse granulométrique permet de déterminer la grosseur et les pourcentages

pondéraux respectifs des différentes familles de grains constituant les échantillons. Elle

s'applique à tous les granulats de dimension nominale inférieure ou égale à 63 mm, à

l'exclusion des fillers.

A noter qu'il faut éviter la confusion entre la granulométrie qui s'intéresse à la

détermination de la dimension des grains et la granularité qui concerne la distribution

dimensionnelle des grains d'un granulat.

b. Principe de l'essai :

L'essai consiste à classer les différents grains constituants l'échantillon en utilisant une

série de tamis, emboîtés les un sur les autres, dont les dimensions des ouvertures sont

décroissantes du haut vers le bas. Le matériau étudié est placé en partie supérieure des

tamis et les classements des grains s'obtiennent par vibration de la colonne de tamis.

Afin d'éviter toute ambiguïté, un tamis et une passoire équivalent désigné par un même

numéro de module et une dimension nominale normalisée des tamis.

Le tableau II.5 présente les modules et les diamètres nominaux des tamis

Nature de sable ES (%) Observation

Sable de dune Piston 98.65 Sable très propre : l’absence presque totale de

fines argileuses risque d’entraîner un défaut de plasticité du béton qu’il faudra rattraper par une augmentation du dosage en eau.

Visuel 99.32

Sable alluvionnaire Piston 58.16 Sable argileux : risque de retrait ou de

gonflement, problème d’adhérence, à rejeter pour les bétons de qualité. Visuel 67.25


27

Tableau II.5 : Module et dimensions nominales des tamis.

c. Dimension des tamis utilisés

Pour les sables, on utilisera en général les tamis de modules 20, 23, 26, 39, 32, 35, 38.

Pour les matériaux plus grossiers, tous les tamis au-delà du module 38 seront utilisés.

d. Préparation de l'échantillon

La quantité à utiliser doit répondre à différents impératifs qui sont contradictoires:

- Il faut une quantité assez grande pour que l'échantillon soit représentatif.

- Il faut une quantité assez faible pour que la durée de l'essai soit acceptable et que les

tamis ne soient pas saturés et donc inopérants.

Dans la pratique, la masse à utiliser sera telle que : M ≤ 0,2 Dmax avec M, masse de

l'échantillon en Kg et Dmax diamètre du plus gros granulat exprimé en mm.

Dans cette étude Nous avons utilisé cinq échantillons :

� Premier échantillon : 100% du sable de dune ;

� Deuxième échantillon: 100% du sable alluvionnaire ;

� Troisième échantillon : 70 % du Sable alluvionnaire + 30% du sable de dune ;

� Quatrième échantillon: 60 % du Sable alluvionnaire + 40% du sable de dune.

Les tableaux suivants représentent les résultats d'analyse granulométrique obtenus :

� Premier Échantillon:

Tableau II.6 Résultats d'analyse granulométrique du sable de dune (100%SD)

Tamisats cumulés en (%) Refus cumulés

en(%) Refus cumulés

Rn en (g) Tamis en

(mm)

100,00 0,00 0 5 100,00 0,00 0 2,5 100,00 0,00 0 1,25 99,85 0,15 1,8 0,63 83,24 16,76 201,1 0,315 20,74 79,26 951,1 0,16 0,95 99,05 1188,6 0,08 0,00 100 1200 Fond


28

La figure II.2 représente la courbe granulométrique du sable de dunes.

Fig II.2 Courbe granulométrique (100 % sable de dunes)

� Deuxième échantillon :

Tableau II.7 résultats d'analyse granulométrique de 100% du sable alluvionnaire (SA)

Tamisats cumulés en (%)

Refus cumulés en(%)

Refus cumulés Rn en (g)

Tamis en (mm)

98,50 1,50 18 5 94,91 5,09 61,1 2,5 85,36 14,64 175,7 1,25 54,32 45,68 548,2 0,63 14,53 85,47 1025,6 0,315 1,32 98,68 1184,2 0,16 0,31 99,69 1196,3 0,08 0,03 99,97 1199,6 Fond

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,5 5

Tam

isât

s (m

m)

Diamètre du tamis (mm)Fuseaux

100% SD


29

La figure II.3 représente la courbe granulométrique du sable alluvionnaire.

Fig II.3.Courbe granulométrique (100% sable alluvionnaire)

� Troisième échantillon:

Tableau II.8 Résultats d'analyse granulométrique de 70% (SA) +30% SD

Tamisats cumulés en (%)

Refus cumulés en(%)

Refus cumulés Rn en (g)

Tamis en (mm)

98,88 1,13 13,5 5 96,59 3,41 40,9 2,5 90,26 9,74 116,9 1,25 67,72 32,28 387,4 0,63 30,79 69,21 830,5 0,315 6,08 93,93 1127,1 0,16 0,88 99,13 1189,5 0,08 99,13 0,88 10,5 Fond

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,5 5

Tam

isât

s (%

)

Diamètre du tamis (mm) 100% SA

Fuseaux


30

La figure II.4 représente la courbe granulométrique du sable de dunes corrigé à 70%

avec du sable alluvionnaire.

Fig .II.4.Résultats d'analyse granulométrique (30% SD +70% SA)

� Quatrième échantillon:

Tableau II.9 résultats d'analyse granulométrique de 60% SA + 40% SD

Tamisats cumulés (%) Refus cumulés

(%) Refus cumulés

(g) Tamis (mm)

99,21 0,79 9,5 5 97,07 2,93 35,2 2,5 91,10 8,90 106,8 1,25 70,57 29,43 353,2 0,63 35,44 64,56 774,7 0,315 7,46 92,54 1110,5 0,16 0,92 99,08 1189 0,08 99,08 0,92 11 Fond

La figure II.5 représente la courbe granulométrique du sable de dunes corrigé à 60%

avec du sable alluvionnaire.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,5 5

Tam

isât

s(%

)

Diamètre du tamis (mm) 70%SA+30%SD

Fuseaux


31

Fig. II.5. Courbe granulométrique (60% SA + 40% SD) La figure II.6 représente la courbe granulométrique du sable de différent échantillon

Fig. II.6 Courbe granulométrique de différent échantillon

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,5 5

Tam

isât

s (m

m)

Diamètre du tamis (mm)60%SA+60%SD

Fuseaux

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,05 0,5 5

Tam

isât

s (%

)

Diamètre du tamis (mm)40%SD+60%SA

100% SD

70%SA+30%SD

Fuseaux


32

II.4.Module de finesse:

Les sables doivent présenter une granulométrie telle que les éléments fins ne soient ni en

excès, ni en trop faible proportion. S’il y a trop de grains fins, il sera nécessaire

d'augmenter le dosage en eau du béton tandis que si le sable est trop gros, la plasticité du

mélange sera insuffisante et rendra la mise en place difficile. Le caractère plus ou moins

fin d'un sable peut être quantifié par le calcul du module de finesse (Mf). Celui-ci

correspond à la somme de pourcentages des refus cumulés, ramenés à l'unité, pour les

tamis de modules 23, 26, 29, 32, 35, 38. Ce paramètre est en particulier utilisé pour

caractériser la finesse des sables à bétons (NF P 18-540). [29].

M f = ∑ RC / 100 ………………………. (2.3)

Rc : refus cumulé en (%) sous les tamis de module 23 à 38 ;

La valeur du module de finesse nous renseigne sur la situation du sable utilisé vis-à-vis le fuseau de référence, lorsque Mf est compris entre :

• 1.8 et 2.2 : le sable est à majorité de grains fins, c’est le fuseau B;

• 2.2 et 2.8 : on est en présence d’un sable préférentiel, c’est le fuseau A ;

• 2.8 et 3.3 : le sable est un peu grossier, c’est le fuseau C, Il donnera des bétons

résistants mais moins maniables.

Les modules de finesse de chaque échantillons après les calcules sont représente dans le

tableau ci-dessus :

Tableau II.10 Module de finesse de différents échantillons échantillons Première deuxième troisième quatrième

Module de finesse Mf 0.96 2.53 2.09 1.99

• Pour le premier échantillon qui contient de 100% du sable de dune, et d'après la

valeur du Mf qu’est égal à 0.96, on conclu que ce sable est un sable très fin ayant

une granulométrie très serré 0/0.315, avec l’absence d’éléments entre 0.315–5 mm.

Si nous comparons cette courbe granulométrique avec une courbe granulométrique

de référence (fuseau) (Fig. II.2), nous le trouvons à l’extérieur des fuseaux, donc

une correction de sa courbe granulométrique est plus que nécessaire fin permettre

son utilisation dans les bétons, de ce fait, nous avons utilisé le sable de correction

(sable alluvionnaire) disponible dans la région d'Ouargla.


33

• Pour le deuxième échantillon qui contient de 100% du sable alluvionnaire, et

d'après la valeur du Mf qu’est égal à 2.53, on conclu que ce est à la limite entre

le sable préférentiel et le sable peu grossier (Fig. II.3)

• Pour le troisième échantillon qui contient de 70% du Sable alluvionnaire et 30%

du sable de dune, et d'après la valeur du Mf qu’est égal à 2.09, on conclu que ce

sable est à la limite d'un sable préférentiel avec une courbe granulométrique

acceptable.

• Pour le quatrième échantillon qui contient de 60% du Sable alluvionnaire et 40%

du sable de dune, et d'après la valeur du Mf qu’est égal à 1.99, on conclu que ce

sable est un sable grains fins , et est valable pour l’utilisation sans correction.

II.5. Ciment :

Le ciment utilisé est un ciment CPJ CEM II /A 42.5 disponible sur le marché

fabriqué par la cimenterie de Ain-Touta (la cimenterie la plus proche de Ouargla).

Les résultats des essais de la masse volumique apparente et absolue du ciment utilisé

sont donnés d’après la fiche [30].

La masse volumique apparente : ρa = 2120 Kg /m³

La masse volumique absolue : ρs = 3034 Kg /m³

II.5.1 La surface spécifique :

Permet de mesurer la finesse de mouture d’un ciment. Elle est caractérisée par la surface

spécifique ou surface développée totale de tous les grains contenus dans un gramme de

ciment (norme NF EN 196-6). Elle s’exprime en cm2/g. Suivant le type de ciment, cette

valeur est généralement comprise entre 2800 et 5000 cm2/g.

Le principe de la mesure de la surface spécifique de Blaine repose sur le fait que le

temps nécessaire pour faire traverser une couche de poudre par un volume d’air donné

est fonction de la surface totale des particules composant la poudre [31] .

La surface spécifique de Blaine est donnée par la formule suivante :

�� = � ∗ �� ⁄ ∗ �� ⁄

( �� ∗ ( �.� ∗ ! �� ⁄ ……………………………. (2.4)

SP : Surface spécifique (cm2/g).

K : Constante de l’appareil;

e : Porosité de la couche tassé;

t : Temps mesuré en secondes;


34

ρ : Masse volumique (g/cm3);

η : Viscosité de l’air à la température d’essai (en poises).

� La surface spécifique du ciment utilisé est de 3895 cm2/g

II.5.2 Caractéristiques chimiques :

L’analyse chimique du ciment utilisé a révélé l’existence des éléments qui sont

présentés en pourcentage massique dans le tableau suivant :

Tableau II.11 L’analyse chimique du ciment

Si O2 Al2 O3 Fe2 O3 Ca O Mg O SO3 Na2 O K2 O PAF

21.90 5.73 3.13 60.18 1.85 2.29 0.19 0.83 4.07

Nous remarquons que le ciment utilisé contient des pourcentages appréciables en chaux

et en silice [30].

II.5.3 Indice d’hydraulicité :

L’indice d’hydraulicité, ou indice de Vicat, est donné par le rapport des éléments

les plus acides aux éléments les plus basiques

I = "#$� % &'� $� % (�� $�

) $ % *+$…………………………… (2.5)

Pour le ciment utilisé I = 0.44 < 0.5 donc le ciment est neutre

II.5.4 Caractéristiques mécaniques :

Le tableau suivant résume certaines caractéristiques mécaniques de ciment utilisé

réalisées dans le laboratoire de l’usine de Ain-Touta.

Tableau II.13 Caractéristiques mécaniques de ciment Portland [30].

Temps (jours) Résistance à la traction(MPa)

Résistance à la compression(MPa)

2 4 .97 ± 0 .41 22.27 ± 2.24

7 7.11 ± 0.43 37.61 ± 2 .77

28 8.48 ± 0.52 48.24 ± 2 .89


35

II.6. Formulation et préparation d’un béton de sable:

Pour la composition du béton de sable, nous avons utilisé un dosage en ciment et sable correspondant à celui d’un mortier normalisé c'est-à-dire une part de ciment et trois part de sable. Concernant le dosage en eau nous avons utilisé l’essai de maniabilité pour la détermination de la quantité d’eau correspondant à un béton plastique.

II.7.1 Les essais de maniabilité :

Elle nous permis d'apprécier la fluidité d'un béton de sable qu'est l'objet des essais définis par les normes NF P 18 - 452 et NF P 15 -437, [25].

� Principe de l'essai :

Dans ces essais, la consistance est caractérisée par le temps que met le mortier pour

s'écouler sous l'effet d'une vibration.

� L'appareil utilisé :

L'appareil utilisé est appelé Maniabilimètre LCL (B) (figure II.7), avec illustration par

photo II.2 en annexe. Il consiste en un boîtier parallélépipédique métallique (7.5cm x

7.5cm x 15cm), posé sur des supports en caoutchouc, équipe d'un vibrateur et muni

d'une cloison amovible.

Fig II.7. Principe de fonctionnement du Maniabilimétre LCL(B)

� Conduite de l'essai :

Le mortier est introduit dans la partie désigné sur la figure II.7, délimitée par la cloison

et mis en place par piquage en quatre couches. Quatre minutes après la fin du malaxage,

la cloison est retirée, provoquant la mise en route du vibrateur et le déclenchement d'un

chronomètre par l'opérateur. Sous l'effet de la vibration le mortier s'écoule, le


36

chronomètre est arrêté une fois le mortier atteint un trait repère sur la paroi opposée du

boîtier (Fig II.8)

Fig. II.8. Maniabilimètre LCL.

Le temps t mis par le mortier pour s'écouler caractérise sa consistance. Ce temps sera

d'autant plus court que le mortier sera plus fluide ou plus maniable, d'où le nom de

l’appareil. Comme illustré au tableau II.14.

Tableau II.14 Classe de consistance selon la durée d’écoulement [9].

Classe de consistance Durée (s)

Ferme t≥40

Plastique 20<t≤30 Très plastique 10<t≤20 Fluide t≤10

Les résultats obtenus au niveau de laboratoire sont présentés sur le tableau II.15.

Tableau II.15. Les résultats de maniabilité

Compositions du béton de sable E/C Temps d’écoulement

100% SD 0.6 28

60 % SA + 40 % SD 0.58 26

70 % SA + 30 % SD 0.58 24

On remarque d’après les résultats présentés sur le tableau II.14, qu’il s’agit d’un béton

plastique ayant un temps d’écoulement variant entre 24 et 28 secondes.


37

Tableau II.16.Composition du béton de sable de dune pour 1m3

SD (Kg) SA (Kg) Ciment(Kg) E/C 100% 1382.6 / 460.87 0.6 30%SD+70%SA 416.6 927.05 462.88 0.58 40%SD+60%SA 555.46 833.19 462.88 0.58 II.6.2 Préparation et forme de l’échantillon : Une fois les essais sur les constituants du béton sont réalisés et la formulation du béton

de sable déterminée on procède à la préparation des éprouvettes par un procédé de

malaxage défini comme suit :

� Mélange de sable (S) seul pendant 30 seconds ;

� Ajout de ciment (C), puis on mélange l’ensemble (S)+(C) ;

� Ajout de l’eau (E) d’une manière progressive pendant le malaxage de la matrice

(S+C+E), ensuite en procède au malaxage pendant une durée de 4 minutes ;

� Enfin, on procède au remplissage des moules par couche (02) suivi d’une

vibration.

Après 24 heures on procède au démoulage des éprouvettes où ces dernières sont déposées

selon le mode de conservation approprié. A savoir à l’air libre pour le premier mode, à 14

jours d’immersion dans l’eau pour le deuxième mode et 28 jours de conservation dans l’eau

pour le troisième mode.

II.7. Conclusion:

A travers les résultats obtenus dans l'étude des caractéristiques des constituants de béton

de sable, nous pouvons tirer les conclusions suivantes:

• Le sable de dune possède un module de finesse faible, au contraire, le sable

alluvionnaire utilisé à un module de finesse préférentiel. Delà, Nous avons

proposé, une amélioration de la granulométrie de sable de dune par l’ajout de ce

dernier.

• Les compositions ayant les proportions (30% SD+70% SA, 40% SD+ 60% SA),

donnent un module de finesse relativement acceptable.

• Pour la formulation du béton de sable témoin, nous avons utilisé une part de

ciment et trois parts de sable. Et pour le dosage en eau nous avons utilisé l’essai

de maniabilité, pour la détermination de la quantité d'eau nécessaire, qui

correspond à un béton de sable "plastique".

Résultats et discussion Chapitre III

38

III.1 Introduction

La résistance mécanique des bétons dépend de plusieurs facteurs à savoir : la qualité

des granulats, type de ciment, le rapport E/C,…

Dans ce travail nous avons étudié les caractéristiques mécaniques de trois

compositions de béton de sable des dunesà savoir :

• Composition 1 : 100% SD ;

• Composition 2 : 40% SD + 60%SA ;

• Composition 3 : 30% SD + 70%SA.

Les éprouvettes de chaque composition sont conservées sous différents modes de

conservation :

1er mode : Conservation des éprouvettes à l’air libre ;

2eme mode : Conservation des éprouvettes dans l’eau pendant 14jours ;

3eme mode : Conservation des éprouvettes dans l’eau pendant 28jours.

III.2 Essai de résistances mécaniques Les essais mécaniques (compression et traction) sont régis par la norme EN 196-1.

• Objectif de l'essai L'essai a pour but de connaître la résistance à la compression et à la traction du béton,

qui peut être mesurée en laboratoire sur des éprouvettes.

III.2.1 Résistance à la flexion

• Principe de l'essai

Cet essai est exécuté par une machine désignée pour les tests de flexionphoto

(III.1)(annexe), sur les éprouvettes de béton de sable ou de mortier 40x40x160mm

(fig III.1). La capacité maximale de cette machine est de 10 kN, le taux de chargement

constant est égal de 2.67 kN/min.

Fig.III.1: Moules pour moulage des éprouvettes

Résultats et discussion

La rupture de chaque éprouvette en flexiodécrit sur la figure III.2.

Fig.III.2: Dispositif pour l’essai de résistance à la flexion

La résistance à la flexion est

�� .�∙�∙

��………………………… (3.1)

�� : Résistance à la flexion en (MPa);

�: Charge de rupture de l'éprouvette en flexion (N);

�: Longueur qui sépare les deux appuis en (mm);

�: Côte de l'éprouvette est

III.2.2 .Résistance à la compression

• Principe de l'essai

Les éprouvettes étudiées sont soumises à une charge croissante jusqu'à la rupture. La

résistance à la compression est le rapport entre la charge de rupture et la section

transversale de l'éprouvette

Les demi-prismes d’éprouvettes

compression comme indiqué sur la figure III.3

contrainte de rupture vaudra :

��

��: Résistance à la compression en (MPa);

� : Charge de rupture en (N);

� : Côte de l'éprouvette est égale à 40mm.

39

La rupture de chaque éprouvette en flexion est effectuée conformément au dispositif

: Dispositif pour l’essai de résistance à la flexion (3 points)

La résistance à la flexion est calcule selon l'équation (3.1).

………………………… (3.1)

Résistance à la flexion en (MPa);

Charge de rupture de l'éprouvette en flexion (N);

Longueur qui sépare les deux appuis en (mm);

Côte de l'éprouvette est égale à 40mm.

.Résistance à la compression



l'éprouvette; (voire la photo III.3 dans l’annexe).

’éprouvettes obtenues après rupture en flexion seront rompus en

omme indiqué sur la figure III.3. Si FC est la charge de rupture, la

contrainte de rupture vaudra :

��

��………………………….. (3.1)

Résistance à la compression en (MPa);

Charge de rupture en (N);

Côte de l'éprouvette est égale à 40mm.

Chapitre III

n est effectuée conformément au dispositif

3 points).



après rupture en flexion seront rompus en

est la charge de rupture, la

Résultats et discussion

Fig.III.3

Les résultats obtenus pour chacun des 6 demi

valeur de la contrainte prise en compte sera

éprouvettes.

III.3 Résultats de la résistance à la

Il s’agit de l’ensemble des résultats de la résistance à la flexion

dunes avec différente compositions et modes.

1- Béton de sable 100% SD

Le tableau (III.2) présente les résultats de la résistance à la flexion du béton de

sable 100% SD, suivant les différents modes de conservation.

Tableau III.1.Résistance à la flexion du béton de sable (

Age (jours) 1er 7

14

21

28

40

III.3: Dispositif de rupture en compression.

Les résultats obtenus pour chacun des 6 demi-prismes sont arrondis à 0,1 MPa près, la

valeur de la contrainte prise en compte sera la moyenne des résultats de six

Résultats de la résistance à la flexion de béton de sable :

des résultats de la résistance à la flexion du béton de sable de

dunes avec différente compositions et modes.

sable 100% SD


sable 100% SD, suivant les différents modes de conservation.

Résistance à la flexion du béton de sable (Composition 1)

Resistance à la flexion (MPa) Composition 1

er mode 2eme mode 3eme mode

2.30 2.37 2.67

2.88 2.56 2.64

3.66 2.89 2.86

2 .51 4.40 3.50

Chapitre III

prismes sont arrondis à 0,1 MPa près, la

la moyenne des résultats de six

du béton de sable de


)

mode

2.67

2.64

2.86

3.50


41

Fig. III.4.Variation de la résistance à la flexion en fonction d'âge (Composition1)

Pour lacomposition1(100% SD),nous avons constaté qu’il yà une augmentation de la

résistance à la flexionpour le deuxième et le troisième mode, par contre le premier

mode affiche une diminution significatif de la résistance à la flexion de l’ordre de

45% à 28jours par rapport à celui de 21jours. On essayant de faire une comparaison

de l’ensemble des modes, on peut dire que les échantillons placés dans l’eau (3eme

mode) pour une durée de 28 jours affichent une résistance à la flexion plus élevée par

rapport à celle conservé à l’air libre (1er mode) pour la même durée. Quand aux

échantillons placés dans l’eau (2eme mode) pour une durée de 14 jours, ces derniers

affichent le meilleur résultat par rapport aux autres modes à 28 jours, avec une

augmentation de l’ordre de 25% par rapport au troisième mode et de 75% par rapport

au premier mode.

2- Béton de sable de 40% SD +60% SA:


sable 40% SD + 60% SA, suivant les différents modes de conservation.

Tableau III.3. Résistance à la flexion du béton de sable (Composition 2) Resistance à la flexion (MPa)

Composition 2 Age(jours) 1er mode 2eme mode 3eme mode

7 2.46 4.91 3.89 14 3.20 5.16 5.02 21 4.01 4.42 4.46 28 3.52 6.54 5.21

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

5

0 5 10 15 20 25 30

Ré

sist

an

ce à

la

tra

ctio

n (

MP

a)

Age en jours

Composition 1

3eme mode

1er mode

2eme mode


42

Fig III.5.Variation de la résistance à la flexion du en fonction d'âge (Composition 2)

Pour lacomposition2(40% SD + 60% SA),nous avons constaté comme pour la

composition1 qu’il yà une augmentation de la résistance à la flexionpour le deuxième

et le troisième mode, par contre le premier mode affiche une diminution de la

résistance à la flexionrelativement inférieur par rapport à celle de la composition1, de

l’ordre de 14% à 28jours par rapport à celui de 21jours. On essayant de faire une

comparaison de l’ensemble des modes, on peut dire que les échantillons placés dans

l’eau (3eme mode) pour une durée de 28 jours affichent une résistance à la flexion plus

élevée par rapport à celle conservé à l’air libre (1er mode) pour la même durée. Quand

aux échantillons placés dans l’eau (2eme mode) pour une durée de 14 jours, ces

derniers affichent le meilleur résultat par rapport aux autres modes à 28 jours, avec

une augmentation de l’ordre de 29% par rapport au troisième mode et de 91% par

rapport au premier mode.

3- Béton de sable de 30% SD +70% SA:


sable 30% SD +70% SA, suivant les différents modes de conservation.

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 15 20 25 30

Ré

sist

an

ce à

la

tra

ctio

n(M

Pa

)

Age en jours

Composition 2

3eme mode

1er mode

2eme mode


43


Resistance à la flexion (MPa) Composition 3

Age(jours) 1er mode 2eme mode 3eme mode

7 3.45 3.45 3.45 14 3.30 5.50 4.94 21 3.98 4.45 5.05 28 3.77 6.72 6.58

Fig III.6 Variation de la résistance à la flexion en fonction d'âge (Composition 3)

Pour lacomposition3(30% SD + 70% SA),nous avons constaté comme pour la

composition2 qu’il yà une augmentation de la résistance à la flexionpour le deuxième

et le troisième mode, par contre le premier mode affiche une faible diminution de la

résistance à la flexion de l’ordre de 5% à 28jours par rapport à celui de 21jours. On

essayant de faire une comparaison de l’ensemble des modes, on peut dire que les

échantillons placés dans l’eau (3eme mode) pour une durée de 28 jours affichent une

résistance à la flexion plus élevée par rapport à celle conservé à l’air libre (1er mode)

pour la même durée. Quand aux échantillons placés dans l’eau (2eme mode) pour une

durée de 14 jours, ces derniers affichent le meilleur résultat par rapport aux autres

modes à 28 jours, avec une augmentation de l’ordre de 2% par rapport au troisième

mode et de 78% par rapport au premier mode.:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 10 20 30

Ré

sist

an

ce à

la

tra

cto

n (

MP

a)

Age en jours

Composition 3

3eme mode

1er mode

2eme mode


44

b- Essai de compression

1- Béton de sable 100% SD

Le tableau (III.5) présente les résultats de la résistance à la Compression du béton

de sable 100% SD, suivant les différents modes de conservation


Résistance à la Compression (MPa) Composition 1

Age (jours) 1er mode 2eme mode 3eme mode

7 11.12 7.19 9.96

14 12.37 9.26 8.79 21 12.33 16.49 12.86 28 10.51 18.70 14.06

Fig.III.7.Variation de la résistance à la compression en fonction d'âge(Composition 1)

Pour lacomposition1(100% SD),nous avons constaté qu’il yà une augmentation de

la résistance à la compression pour le deuxième et le troisième mode, par contre le

premier mode affiche une diminution de la résistance à la flexion de l’ordre de

17% à 28jours par rapport à celui de 21jours. On essayant de faire une

comparaison de l’ensemble des modes, on peut dire que les échantillons placés

dans l’eau (3eme mode) pour une durée de 28 jours affichent une résistance à la

flexion plus élevée par rapport à celle conservé à l’air libre (1er mode) pour la

même durée. Quand aux échantillons placés dans l’eau (2eme mode) pour une

durée de 14 jours, ces derniers affichent le meilleur résultat par rapport aux autres

02468

101214161820

0 5 10 15 20 25 30Ré

sist

an

ce à

la

co

mp

ress

ion

(M

Pa

)

Age en jours

compositison 1

1er mode

3eme mode

2eme mode


45

modes à 28 jours, avec une augmentation de l’ordre de 33% par rapport au

troisième mode et de 78% par rapport au premier mode.

2- Béton de sable 40% SD +60% SA

Le tableau (III.6) présente les résultats de la résistance à la Compression du béton de

sable 40% SD +60% SA, suivant les différents modes de conservation


Résistance à la Compression (MPa)

Composition 2 Age (jours) 1er mode 2eme mode 3eme mode

7 10.26 11.6 8.89 14 14.51 11.82 14.85 21 14.82 21.1 20.14 28 11.2 23.02 22.75

Fig III.8. Variation de la résistance à la compression en fonction d'âge (Composition 2)

Pour lacomposition2(40% SD + 60% SA),nous avons constaté qu’il yà une

augmentation de la résistance à la compression pour le deuxième et le troisième

mode, par contre le premier mode affiche une diminution de la résistance à la

flexion de l’ordre de 27% à 28jours par rapport à celui de 21jours. On essayant de

faire une comparaison de l’ensemble des modes, on peut dire que les échantillons

placés dans l’eau (3eme mode) pour une durée de 28 jours affichent une résistance

à la flexion plus élevée par rapport à celle conservé à l’air libre (1er mode) pour la

même durée. Quand aux échantillons placés dans l’eau (2eme mode) pour unedurée

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30Ré

sist

an

ce à

la

co

mp

ress

ion

(MP

a)

Age en jours

Composition 2

1er mode

3eme mode

2eme mode


46

de 14 jours, ces derniers affichent le meilleur résultat par rapport aux autres modes

à 28 jours, avec une augmentation de l’ordre de 13% par rapport au troisième

mode et de 97% par rapport au premier mode.

3- Béton de sable 30% SD +70% SA Le tableau (III.7) présente les résultats de la résistance à la Compression du béton de

sable 30% SD + 70% SA, suivant les différents modes de conservation


Résistance à la Comprissions (MPa) Composition 3

Age (jours) 1er mode 2eme mode 3eme mode

7 15.25 16.46 16.46 14 14.65 20.78 19.2 21 15.64 24.93 21.11 28 11.73 30.06 23.37

Fig III.9.Variation de la résistance à la compression en fonction d'âge (Composition 3)

Pour lacomposition3(30%SD + 70% SA),nous avons constaté qu’il yà une

augmentation de la résistance à la compression pour le deuxième et le troisième mode,

par contre le premier mode affiche une diminution de la résistance à la flexion de

l’ordre de 33% à 28jours par rapport à celui de 21jours. On essayant de faire une

comparaison de l’ensemble des modes, on peut dire que les échantillons placés dans

l’eau (3eme mode) pour une durée de 28 jours affichent une résistance à la flexion plus

0

5

10

15

20

25

30

35

0 5 10 15 20 25 30Ré

sist

an

ce à

la

co

mp

ress

ion

(M

Pa

)

Age (jours)

Composition 3

1er mode

3eme mode

2eme mode


47

élevée par rapport à celle conservé à l’air libre (1er mode) pour la même durée. Quand

aux échantillons placés dans l’eau (2eme mode) pour une durée de 14 jours, ces

derniers affichent le meilleur résultat par rapport aux autres modes à 28 jours, avec

une augmentation de l’ordre de 29% par rapport au troisième mode et de 156% par

rapport au premier mode.

D’après les résultats des propriétés mécaniques (compression et traction) du béton de

sable obtenus pour l’ensemble des mixtures, la composition3 afficheune nette

amélioration, par rapport à la première et la deuxième composition à 28jours, est cela

dans tous les modes, cependant il faut signaler aussi, que les échantillons conservé

dans l’eau pendant une durée de 14 jours (2eme mode), ont donné les meilleurs

résultats dans toutes les compositions suivi de ceux conservé dans l’eau pendant 28

jours (3eme mode). Delà on peut dire que les échantillons conservé dans un milieu

humide (dans l'eau), ont affichés une amélioration de la résistance à la compression et

à la traction par rapport à ceux conservé dans un milieu sec (air libre). Ceci est dû

probablementau phénomène de l'évaporation qui est limitée dans le climat humide, et

que la procédure d'hydratation se poursuit sans interruption, contrairement au milieu

sec où l'évaporation se fait d'une manière rapide, sans laissé le temps pour le

durcissement.

Aussi cette différence dans les résultats peut êtredue à la granulométrie des sables. Du

fait que, plus le module de finesse estfaible plus la résistance à la compression et à la

traction diminue.Cette influence peut être expliquée par la présence des vides à

l'intérieur de la matrice, influant d'une manière négative sur la résistance mécanique

du béton de sable. Ceci explique les résultats trouvés durant l'expérimentation où la

composition 3 présente les meilleurs résultats.

Des études expérimentales sur la résistance à la compression des bétons de sable de

duneen l'occurrence les Travaux de BANTATA .A [17], sur la résistance à la

compression des cinq types de bétons de sable de dunes conservés dans les différentes

cures. Ce dernier à constater que les valeurs de la résistance à la compression des

bétons de sable conservés à l’eau ont donné des résultats meilleurs que ceux conservé

à l’air libre.

Aussi une recherche a été faite dans le cadre de la préparation de thèse de doctorat

[32], où ce dernier à trouver que les échantillons conservé dans un milieu humide

pendant 14jours ont donné les meilleurs résistances mécaniques. Un autre


48

chercheur[33], a étudié l'influence de la cure sur la résistance mécanique des

mortiers.Ce dernier a constaté que le climat sec influe négativement sur la résistance

caractéristique des mortiers. Ceci est dû à l'évaporation rapide d'une quantité d'eau des

couches superficielles. Alors que dans le climat humide l'évaporation est limitée et la

procédure d'hydratation se poursuit d'une manière continu, ceci veut dire que

l'humidité joue un rôle primordiale dans le développement de la résistance à la

compression, même en présence d'une température élevée.

III.5.Conclusion :

Dans ce chapitre on a étudié les caractéristiques mécaniques (compression et traction)

pour les différentes compositions de béton de sable sous différents modes.

D’après les résultats obtenus, on peut dire que :

• La quantité (pourcentage) de sable de duneInflue sur la résistance

mécaniquede béton de sable.

• Les modesconservationInfluentsur larésistance mécanique de béton de sable

de dunes (traction et compression).

• Plus la quantité de sablealluvionnaire est importante plus la résistance à la

compression et la traction augmente.

Conclusion générale

Plusieurs études ont été réalisées par des chercheurs de part le monde, concernant l'utilisation des bétons de sable de dunes comme matériaux à part entière dans la construction. Vu ces anomalies multiples qui se dressent comme un obstacle quant à son intégration dans le domaine de la construction, des idées diverses son appliquées, afin de trouvées les solutions adéquates, pour la valorisation de ce matériaux disponible en grande quantité dans les régions du sud Algérien. Où ces régions souffre d'un manque flagrant en la matière de granulats, donc son utilisation contribue d'une part à atténuer la crise qui handicape le domaine de la construction d'autre part à réduire le coût de cette dernière.

Cependant, les bétons de sable de dunes présentent plusieurs anomalies du fait de sa composition, en particulier le sable de dunes ayant une granulométrie fin et monométrique engendrant des chutes dans les résistances mécaniques, de ce fait, une correction de cette dernière est indispensable. De là nous avons pensé à un ajout (sable alluvionnaire), disponible dans la région concerné par cette étude (Ouargla).

D’après les résultats trouvés nous avons conclu ce qui suit :

• Le béton à base de 100% sable de dune (composition1) affiche une résistance à la compression et à la traction inférieure par rapport à ceux des compositions 2 et 3.

• Le béton de sable de dune ayant la composition 3 présente les meilleurs résultats de la résistance à la compression et à la traction.

• Les meilleurs résultats de la résistance à la compression et à la traction par rapport aux différents modes sont donnés par le deuxième mode.

• Le béton de sable ayant la composition 3 et le deuxième mode de conservations présente les meilleurs résultats de la résistance à la compression et à la traction par rapport à l'ensemble des compositions.

• Une grande divergence des valeurs de la compression et la traction entre la différente composition de béton de sable de dunes, et la différent mode de la conservation

• La nature du sable influe sur la résistance mécanique du béton de sable.

Recommendations:

� l'utilisation des adjuvants à savoir : plastifiants, super-plastifiants…. etc.

� L'utilisation d'un malaxeur est recommandée pour garantir l'homogénéité du malaxage.

� Le bon choix du sable de correction est indispensable.

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page de garde - Bibliothèque Centrale Université de … · module de finesse faible, ayant comme trait la non conformité aux normes utilisées dans le domaine de la construction