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24/10/2024 Chap II : Matériaux de Construction I:Propriétés des matériaux II: Les sables et granulats III. : Les mortiers et bétons hydrauliques IV: Les bétons bitumineux GENERALITES SUR LES MATERIAUX DE CONSTRUCTION...

24/10/2024 Chap II : Matériaux de Construction I:Propriétés des matériaux II: Les sables et granulats III. : Les mortiers et bétons hydrauliques IV: Les bétons bitumineux GENERALITES SUR LES MATERIAUX DE CONSTRUCTION 1  24/10/2024 Objectif des sciences des matériaux de construction  permettre un choix optimal des matériaux de Construction.  Besoin d’une banque de données sur les matériaux :  Caractéristiques des matériaux,  Données économiques,  Environnement réglementaire et normatif CARACTERSITQUES DES MDC  Toute valeur permettant de déterminer une propriété donnée est appelée caractéristique.  La connaissance des propriétés des matériaux permet de prévoir leur capacité à résister sous des conditions diverses.  Quelques ex. des propriétés principales des M.D.C: Mécaniques: contrainte, résistance, déformation, plasticité, Physiques: dimensions, densité, porosité,… Chimiques: résistance à la corrosion, aux acides,… 2  24/10/2024 EXEMPLE DE CARACTERSITQUES MECANIQUES  Déformation : La réponse d’un un corps soumis l’application d’une force extérieure. Celle-ci fait naître à l’intérieur du matériau des contraintes internes pour équilibrer cette force externe. Exemple de contraintes. Matériau élastique - Plastique EXEMPLE DE CARACTERSITQUES PHYSIQUES Masses volumiques : résultat du rapport Masse / volume du matériau.  Masse volumique apparente  Masse volumique absolue 3  24/10/2024 EXEMPLE DE CARACTERSITQUES PHYSIQUES  Densité: rapport de la masse volumique du matériau et la masse volumique de l’eau dans les mêmes conditions de mesure (T = 20°c). Matériau Densité Matériau Densité Ciment 3,1 Cuivre 8,9 Béton 1,8-2,5 Aluminium 2,5 Fer 7,8 Pierre de taille 2,4-2,8  Porosité : résultat du rapport du Volume des vides / volume Matériau Porosité du matériau. n = (Vv / VT) x 100 ; [n] = % Calcaire 0,8 – 2,7 sable 0-5 Granit 0,05-2,8 CLASSIFICATION DES MDC  Critères de classification :  niveau d’élaboration (Matériau naturel, manufacturé, industrialisé,..etc.)  Fonction : Matériau de résistance (béton, briques, élément d’acier,…etc) et matériau de protection (enduit, peinture, etc…),  Domaine d’utilisation  Spécifique : Gros œuvre, second œuvre  Général : Bâtiment, travaux Publics, Travaux maritimes, …etc.  Origine  Matériaux fabriqués localement  Matériaux importés 4  24/10/2024 PRINCIPAUX MATERIAUX DE CONSTRUCTION  Liants : Ciment, bitume, chaux  Acier,  Terre cuite et céramique  Béton  Agglomérés à base de ciment : agglos, hourdis, poutrelles,…etc  Dérivés de pétrole (plastique, peinture, bitume, feutre bitumineux) SITUATION DU SECTEUR DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION AU MAROC  Augmentation très importante liés au secteur du BTP en général et celui du bâtiment en particulier. Principal indicateur: augmentation des ventes en ciment  Habitat social et le projet de 200000 logements,  Infrastructures hydrauliques (barrages, AEP) Infrastructures routières,  Infrastructures touristiques 5  24/10/2024 SITUATION DU SECTEUR DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION AU MAROC Céramique 12% Plâtre et chaux 1% terre cuite 6% Ciment et BPE 51% Produits de béton 26% Marbes 2% Granulats 2% REPARTITION PAR BRANCHE D’ACTIVITE SITUATION DU SECTEUR DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION AU MAROC Céramique 12% Ciment et BPE Plâtre et chaux 27% 2% terre cuite 13% Granulats 6% Marbes Produits de béton 14% 26% REPARTITION DE l’EMPLOI 6  24/10/2024 SITUATION DU SECTEUR DES MATERIAUX DE CONSTRUCTION AU MAROC Autres 4% Settat- Benimellal 5% Oriental 10% Casa-Rabat 41% Nord 15% Sud 15% Fes-méknes 10% REPARTITION GEOGRAPHIQUE III. Les propriétés des matériaux 1. Propriétés physiques Elles mesurent le comportement de matériaux à l’action de la température, l'humidité (la densité; la masse volumique, la porosité, l'absorption, la perméabilité, le retrait (le gonflement) etc..) ; 7  24/10/2024 III. Les propriétés des matériaux 1. Propriétés physiques La densité C’est le degré de remplissage de la masse d’un corps par la matière solide. Elle est calculée par le rapport de la masse volumique de ce matériau à celle de l'eau à une température de 20°C. Elle est exprimée sans unité III. Les propriétés des matériaux 1. Propriétés physiques La masse volumique apparente C’est la masse d’un corps par unité de volume apparent en état naturel (y compris les vides et les capillaires). Elle est exprimée en (gr/cm3; kg/m3; T/m3). On peut déterminer la masse volumique d’un matériau en ɣ utilisant la formule suivante : ap = Avec Ms : La masse sèche et Vap : Le volume apparent 8  24/10/2024 III. Les propriétés des matériaux 1. Propriétés physiques La masse volumique absolue C'est la masse d’un corps par unité de volume absolu de la matière pleine (volume de matière seule sans tenir compte les vides et les pores). Elle est exprimée en (g/cm3, kg/m3 ou T/m3). La figure 1.1 explique la méthode de détermination de la masse volumique absolue d’une matière. III. Les propriétés des matériaux 1. Propriétés physiques La masse volumique absolue 9  24/10/2024 III. Les propriétés des matériaux 1. Propriétés physiques La masse volumique absolue : ɣab = Avec Ms : La masse sèche et V1 : Le volume du liquide V2 : Le volume global III. Les propriétés des matériaux 2. Propriétés chimiques Elles : caractérisent le comportement des matériaux dans un environnement réactif. (corrosion chimique, l’attaque de l’acide, etc...) 10  24/10/2024 III. Les propriétés des matériaux 3. Propriétés mécaniques Elles reflètent le comportement des matériaux déformés par les forces. (la résistance en compression, en traction, en flexion, torsion etc...) - COMPORTEMENT MECANIQUE 1.3.1- ESSAIS MECANIQUE A. Essai de traction  le plus simple et le plus courant Il consiste à placer une éprouvette du matériau à étudier entre les mâchoires d'une machine de traction qui tire sur le matériau jusqu'à sa rupture. On enregistre la force et l’allongement, que l'on peut convertir en contrainte déformation. S0 F F Tête L0 Axe de traction de fixation Figure 7 : éprouvettes de traction 11  24/10/2024 Eprouvettes de traction Ce type d ’essai est normalisé par des réglementations nationales ou internationales :  géométrie des éprouvettes  machine d’essai et leur étalonnage  techniques expérimentales mises en œuvre, le dépouillement des résultats et leur présentation 12  24/10/2024 un exemple de normalisation : norme AFNOR NF 03-160 Lc ( pour tôles et bandes d’acier ) d tête Lc longueur calibrée Lc d ’amarrage L0 = L0 + 2d Figure 8 : éprouvette de traction calibrée éprouvette épaisseur largeur Longueur Longueu entre r (mm) (mm) repères calibrée (mm) (mm) 1 0,5 à 3,0 20 80 120 exclus 2 0,5 à 2,0 12,5 50 75 inclus B. Essai de compression Utilisé pour déterminer les contraintes de rupture des matériaux fragiles (béton, céramique..) Éprouvette cylindrique soumise à deux forces axiales opposées h Déformation en barillet Si h/d >3 Si frottements entre faces flambage d ’appui de l ’éprouvette et plateaux de la machine, déformation Figure 9 : essais de compression hétérogène 13  24/10/2024 Essai de compression C. Essai de flexion Il présente la même utilité que les essais de compression, il est peu utilisé pour les matériaux ductiles F F/ 2 F/ 2 Figure 10 : essai de flexion 14  24/10/2024 1.3.2- COURBE CONTRAINTE-DEFORMATION Ex : matériau ductile Rm   Re Contrainte nominale : n = F / S0 E Déformation nominale : n =  L / L0 n     domaine élastique (déformation réversible)  domaine plastique (déformation irréversible)  striction puis rupture (déformation irrémédiable) Domaine élastique contrainte est proportionnelle à la déformation (loi de Hooke) constante de proportionnalité E (module d’Young) Domaine  élastique Zone de déformation plastique Rm Re0,2 Re E 0 0,2 0,4 n (%) courbe contrainte-déformation d’un matériau ductile, E, Re,Re 0.2, Rm 15  24/10/2024  Module d ’Young E n = E n E caractéristique intrinsèque du matériau  Limite d’élasticité Re = limite entre zones élastique et plastique limite d’élasticité conventionnelle Re0.2 (contrainte correspondant à 0,2 % de déformation) Résistance à la traction Rm contrainte maximale atteinte durant l’essai de traction Exploitation de la courbe    Résistance à la traction Rm Rm contrainte maximale atteinte durant l ’essai de traction  Allongement A allongement à la rupture A = (Lf - L0)/L0 = L / L0 0 2 A n Domaine  plastique  Striction z variation de section à l’endroit où la rupture s’est produite z = (S0 - Sf ) / S0 16  24/10/2024 Contraintes et déformations vraies Grandeurs rapportées aux dimensions instantanées F Contrainte vraie  σ  où S est la section à l’instant considéré S Au cours d ’une déformation plastique, le volume se conserve S 0 L0 = S L Déformation vraie  Pour une déformation élémentaire d = d𝑙/𝑙, vraie s ’écrit : 𝑙 d𝑙  𝑙   ln  𝑙 𝑙 0  𝑙0  On peut relier grandeurs nominales (rapportées aux dimensions initiales) et grandeurs vraies 𝑙 𝑙 F F n  0  = ln (1+ n) σ  (1  n )   n (1  n ) 𝑙0 S S0 1.3.3- CLASSIFICATION DES MATERIAUX Trois comportements possibles (Figure 12) fragile ductile non linéaire A=0 L L L Déformation plastique Déformation élastique Pas de domaine non proportionnelle à plastique permanente la charge verre métaux caoutchouc céramique béton alliages élastomères.. polymères polymères thermoplastiques thermodurcissables 17  24/10/2024 III. Les propriétés des matériaux 2. Propriétés chimiques Elles : caractérisent le comportement des matériaux dans un environnement réactif. (corrosion chimique, l’attaque de l’acide, etc...) 3. Propriétés thermiques: Elles reflètent le comportement des matériaux vis-à-vis de la chaleur comme la conductivité thermique mais on peut y associer aussi la résistance et comportement au feu La transmission de chaleur Le transfert de chaleur se produit entre deux corps dont les températures sont différentes, la chaleur se déplaçant du corps le plus chaud vers le corps le moins chaud jusqu'à ce que les températures des deux corps soient équilibrées. SENS DE FLUX Matériau A Matériau B TA TB TA>TB 18  24/10/2024 Le transfert de chaleur s'effectue de trois manières différentes : 1) Par conduction 2) Par convection 3) Par rayonnement La conduction thermique est un transfert de chaleur qui se réalise sans déplacement de matière. Ce transfert de chaleur est rencontré le plus souvent dans des matériaux solides, Barreau métallique se réchauffant au contact d'une flamme 19  24/10/2024 C'est par la conduction que la chaleur traverse les parois des habitations La convection thermique est un transfert de chaleur qui se réalise avec déplacement de matière. Ce transfert de chaleur est rencontré dans des fluides, liquide ou gaz. Les molécules d'air présentes au dessus d'une plaque chauffante ou d'un radiateur s'échauffent et montent vers le plafond de la salle. Il y a une circulation d'air qui s'établit des parties chaudes de l'air vers les parties froides (la masse volumique de l'air diminue avec la température) Exemple courant de convection: mouvement d'eau dans une casserole 20  24/10/2024 TRANSFERT D'ENERGIE PAR RAYONNEMENT Le Soleil transmet à la Terre une grande quantité d'énergie. Ce transfert d'énergie, qui se fait même dans le vide, est appelé rayonnement Le transfert de chaleur par rayonnement se produit entre deux corps non en contact, ayant une température différente. Contrairement à la convection, ce n'est pas l'air qui transporte l'énergie mais les rayons de chaleur (ondes électromagnétique). Le rayonnement solaire, concentré à l'aide d'une loupe sur une petite surface de papier, entraîne un échauffement local de celui-ci, suffisant pour l'enflammer. Le flux de chaleur Φ Le flux de chaleur Φ est la quantité de chaleur Q échangée par unité de temps Φ = Q/t en (watt) Q en Kcal t en h 21  24/10/2024 LE COEFFICIENT DE CONDUCTIBILITÉ THERMIQUE « λ » Décrit l'aptitude du matériau à transmettre la chaleur par conduction. Il est élevé pour les matériaux conducteurs et faibles pour les isolants. Plus  d’un matériau est grand, plus le matériau laisse traverser la chaleur donc il est un bon conducteur de la chaleur et vice versa, plus  d’un matériau est faible, plus le corps s’oppose au transfert de chaleur, plus il est isolant. Cette aptitude est égale à la quantité de chaleur Q traversant un échantillon du matériau à travers son épaisseur e (1m) et sa surface S (1m²) pendant 1 heure. La différence de températures aux surfaces planes et opposées de l’éprouvette étant de 1°C. 22  24/10/2024 Qe λ S  ΔT  t Une conductivité thermique de 1 watt par mètre-celsius indique la quantité de chaleur qui se propage à travers un matériau par conduction thermique : 1. en 1 heure, 2. à travers une surface de 1 m2, 3. sur une épaisseur d'un 1 m, 4. lorsque la différence de température entre les deux faces est de 1 °C.  s’exprime, compte tenue de sa définition Kcal/m.h.°C W/m.°C Matériaux en W/m°C Cuivre 390 Aluminium 125....230 Acier 37....60 Roches naturelles 0,5....5 Marbre 3 Béton ordinaire 1,5.....2 Béton léger 0,3....1,2 Béton cellulaire 0,1....0,4 Verre à vitres 0,8.....1,15 Coefficient de conductivité thermique de quelques matériaux de construction Verre moussé 0,07 Bois 0,1.....0,25 Chêne 0,23 Sapin 0,12 Matières plastiques 0,1.....0,5 Matières plastiques moussé 0,025.....0,05 Isolants 0,04 Air sec immobile 0,024 23  24/10/2024 Facteurs influents sur la conductivité thermique Plusieurs facteurs ont une influence sur la conductivité thermique: Les propriétés thermique de la matière Les matières cristallines sont de meilleurs conducteurs de chaleur que les matières amorphes La porosité de la matière : La chaleur est mieux conduite par la matière pure que par l’air. La conductivité thermique de l’air immobile est très faible: elle est de l’ordre de  = 0,024 W/m°C. La conductivité thermique est donc influencée par la porosité et la masse volumique des matériaux. Facteurs influents sur la conductivité thermique Le type des pores  des matières à pores fermés est inférieur à celui des matières à pores ouverts et communicants. Les pores communicants favorisent un mouvement d’air entraînant le transfert de chaleur. Le diamètre des pores Plus le diamètre des pores est grand plus la convection dans les pores croît et plus  augmente. 24  24/10/2024 L’humidité et la température du corps considéré : La conductivité thermique de l’eau (eau = 0,597 W/m°C) est environ 25 fois plus grande que celle de l’air. Si l’humidité du matériau augmente et que l’eau vienne remplacer l’air dans les pores, le coefficient de conductivité thermique augmente sensiblement. Si l’eau gèle, la différence deviendra encore plus grande, et  atteint des valeurs plus élevées (glace= 2,25 W/m°C ) L'ISOLATION THERMIQUE L'isolation d'un bâtiment permet de diminuer les échanges de chaleur entre l'intérieur du bâtiment et l'environnement extérieur, Elle emprisonne la chaleur à l'intérieur en hiver et garde la maison fraîche en été. 25  24/10/2024 Un isolant thermique est un matériau ayant une faible conductivité thermique. Sa caractéristique principale est de freiner les échanges de chaleur entre l’intérieur et l’extérieur d’un bâtiment.  ≤ 0.10 matériau isolant 0.10 <  < 8 matériau semi conducteur ≥8 matériau conducteur de chaleur 26  24/10/2024 Type d'isolant thermique Laine de verre Isolant minéral Laine de roche Verre cellulaire Argile expansée Liège Isolant naturel Fibres de bois Ouate de cellulose Laine de coton paille Polystyrène expansé Isolant synthétique Polystyrène extrudé Polyuréthane laine de roche liège Fibres de bois Laine de verre 27  24/10/2024 La laine de verre est un matériau isolant thermique de consistance laineuse obtenu par fusion à partir de sable et de verre recyclé (calcin). La laine de roche est un matériau isolant fabriqué à partir d'un matériau naturel issu de l'activité volcanique (le basalte). Le verre cellulaire, verre expansé, verre mousse ou verre multicellulaire est un type de verre de faible densité, dont la structure comporte de nombreuses bulles de gaz. Le liège est l'écorce d'un arbre : le chêne-liège. Matière avec laquelle sont fabriqués les bouchons L’ouate de cellulose est un matériau de construction isolant fabriquée à partir d'environ 85 % de journaux recyclés et 15% d’un additif. Représentation schématique des différentes formes d’isolation 28  24/10/2024 LA RÉSISTANCE THERMIQUE Elle caractérise la résistance d’une paroi au passage d’un flux de chaleur La résistance thermique est le rapport entre l’épaisseur e du matériau et sa conductivité thermique. Rth = e/ en (m2 °C/W ) La valeur R est utile pour connaître l’épaisseur d’isolant souhaitée ou pour connaître l’épaisseur nécessaire pour obtenir une même isolation avec différents matériaux Plus 𝛌 est faible, plus la paroi résiste à la transmission de chaleur, meilleur est le niveau d’isolation. La résistance thermique d’une paroi constituée de plusieurs couches se résume à la somme des résistances de chacune des couches. R paroi = R1 + R2 … +.. Rn avec Ri = ei / 𝛌i ei : épaisseur de la couche i et s’exprime en (m) 𝛌i : conductivité thermique de la couche i et s’exprime en (W/m.°C) 29  24/10/2024 EXERCICE Un mur extérieur d’une construction d’épaisseur totale de 35 cm est constitué de cinq couches. 1. Déterminer l’isolant approprié pour garantir une résistance thermique du mur Rth = 0,46 m2°C/W parmi les trois isolants suivants : Matière plastique dont λ = 0,17 W/m°C Air sec immobile dont λ = 0,024 W/m°C Matière plastique moussé dont λ = 0,06 W/m°C. Numéro de la Nature de la Épaisseur ei Conductivité thermique λi couche couche (cm) (W/m°C) 1 Mortier dense 3 1,26 2 Pierre à bâtir 12 1,57 3 Isolant - - 4 Brique rouge 11,5 0,67 5 Plâtre dense 4 0,58 Résistance au feu C’est l’aptitude d’un matériau à résister à l’action des hautes températures sans perdre de sa capacité portante ( sans diminution sensible de résistance et sans déformations importantes). Elle indique donc le comportement au feu d’un élément donné de construction dans le sens de la durée pendant laquelle cet élément conserve certains caractères fonctionnels jugés essentiels. 30  24/10/2024 Résistance au feu La combustion d’un matériau se fait en présence et sous l’effet: - d’une matière combustible, - de l’oxygène comme agent d’oxydation, - d’une source d’allumage pour l’échauffement de la matière combustible à la température d’allumage. Résistance au feu En cas d’incendie, il est impératif que la structure reste stable pour permettre l’évacuation des personnes. 31  24/10/2024 Résistance au feu Priorités en cas d’incendie: Stabilité des éléments porteurs Limitation de la propagation du feu Limitation du feu aux ouvrages voisins Évacuation facile des occupants Prise en compte de la sécurité des sauveteurs Les matériaux sont classés Matériaux incombustibles (Acier, béton, verre, pierre, produits céramiques, brique, plâtre) Matériaux peu combustibles (Bois ignifugé) Les traitements ignifuges sont un apprêt chimique de protection qui rend résistant au feu une matière inflammable. Un produit ignifuge protège donc les matériaux sur lesquels il est appliqué en retardant ou en stoppant la propagation des flammes. C’est un élément de protection passive contre l'incendie Matériaux combustibles (bois, papiers, coton, peintures…) 32  24/10/2024 Résistance au feu Décomposition des bétons sous l’effet de la température Zones de températures Modifications dans le béton A 100°C Simple dilatation Entre 100°C et 180°C Evaporation de l’eau libre et déshydratation des aluminates et silicates. Entre 400 et 500°C Ca(OH) CaO + HO Entre 700°C et 850 °C La décomposition du calcaire ( granulats) s’amorce : CaCO CaO + CO Entre 1150 et 1200°C Le béton s’effrite LA RÉFRACTAIRITÉ Il s’agit pour le matériau de résister à l’action continue des hautes températures sans se déformer ni se fondre Matériaux réfractaires > 1580 °C Matériaux peu fusibles de 1350 à 1580 °C Matériaux fusibles < 1350 °C 33  24/10/2024 IMPERMÉABILITÉ AUX RADIATIONS NUCLÉAIRES C’est la capacité d’arrêter les rayons gamma et les flux de neutrons dangereux pour les organismes vivants. Pour cela on utilisera les matériaux denses -Flux de neutrons : stoppés par les matériaux contenants une grande Quantité d’eau. - Les rayons g : stoppés par les matériaux de masse spécifiques élevée (béton + plomb, béton + bore, cadmium ou lithium). 34  24/10/2024 STABILITÉ THERMIQUE Pouvoir de résister à un certain nombre de cycles de variations calorifiques brusques sans se détruire III. Les sables et granulats Définition Granulométrie Classification des granulats Utilisation des granulats Granulats pour béton Granulats pour chaussée 35  24/10/2024 DEFINITIONS  Les granulats sont des grains minéraux de dimensions comprises entre 0 et 125 mm voire plus, destinés à la confection des mortiers, des bétons, des couches de fondation, de base et de roulement des chaussés, des assises et des ballastes des voies ferrées.  La nature des roches constituant les gisements est responsable des propriétés intrinsèques (résistance, porosité, réactivité) des granulats, par contre les caractéristiques géométriques (granularité, forme) et de propretés sont fonction du processus d'élaboration.  Le choix d’un granulat est donc un facteur important de la composition du béton, qui doit toujours être étudié en fonction des performances attendues, spécialement sur le plan de la durabilité. LES DIFFERENTS TYPES DE GRANULATS LES GRANULATS NATURELS LES GRANULATS ARTIFICIELS LES GRANULATS TRES LEGERS 36  24/10/2024 1- LES GRANULATS NATURELS Origine minéralogique : Les granulats naturels, les plus utilisés pour le béton, proviennent :  de roches sédimentaires siliceuses ou calcaires  de roches métamorphiques telles que les quartz et quartzites  de roches éruptives telles que les basaltes Granulats roulés et granulats de carrières : Indépendamment de leur origine minéralogique, on classe les granulats en deux catégories :  Les granulats alluvionnaires : dits roulés, dont la forme a été acquise par l’érosion.  Les granulats de carrière : sont obtenus par abattage et concassage, ce qui leur donne des formes angulaires. 37  24/10/2024 2- LES GRANULATS ARTIFICIELS Sous-produits industriels, concassés ou non :  Les plus employés sont le laitier cristallisé concassé et le laitier granulé de haut fourneau obtenus par refroidissement à l’eau. La masse volumique apparente est supérieure à 1250 kg/m3 pour le laitier cristallisé concassé, et 800kg/m3 pour le granulé.  Ces granulats sont utilisés notamment dans les bétons routiers ou pour les bétons réfractaires.  D’autres sous-produits sont également utilisés : scories, mâchefer... 2- LES GRANULATS ARTIFICIELS Granulats allégés par expansion ou frittage :  Les plus usuels sont l’argile ou le schiste expansé (norme NF P 18-309) et le laitier expansé (NF P 18-307). La masse volumique varie entre 400 et 800 kg/m3 selon le type et la granularité.  Ils permettent de réaliser aussi bien des bétons de structure que des bétons présentant une bonne isolation thermique. Les gains de poids sont intéressants puisque les bétons réalisés ont une masse volumique comprise entre 1 200 et 2 000 kg/m3. 38  24/10/2024 3- LES GRANULATS TRES LEGERS  Ils sont d’origine aussi bien végétale et organique que minérale (bois, polystyrène expansé).  Très légers – 20 à 100 kg/m3 – ils permettent de réaliser des bétons de masse volumique comprise entre 300 et 600 kg/m3. On voit donc leur intérêt pour les bétons d’isolation, mais également pour la réalisation d’éléments légers : blocs coffrant, blocs de remplissage, dalles, ou rechargements sur planchers peu résistants. QUELS GRANULATS EMPLOYER POUR LE BETON? 39  24/10/2024 CARACTERISTIQUES DES GRANULATS  I- LES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES  II- LES CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES  III- LES CARACTERISTIQUES MECANIQUES I- LES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES I-1- Granulométrie : L’analyse granulométrique consiste à classer en classe granulaire un échantillon d’essai ou une masse de concassé ou roulé. 40  24/10/2024 II- Appareillage : -Une passoire et tamis de contrôle. -Une balance de 15 Kgs au gramme prés. -Une étuve de séchage avec thermostat. -Des plateaux 50x50x10 cm.. -Un arrosoir. -Des pinceaux. Principe de la méthode : L’essai consiste à fractionner, au moyen d’une série de tamis ou passoires un matériau de plusieurs catégories de grains décroissants. On appelle refus sur un tamis ou une passoire le matériau qui est retenu. On appelle tamisat, le matériau qui passe. Les poids des différents refus sont rapportés au poids initial du matériau. Les pourcentages obtenus servent à faire la courbe granulométrique. 41  24/10/2024 Formules -Poids de l’échantillon : déterminé par pesée directe. -Poids du refus cumulé : déterminé par pesée directe. -Refus cumulé (en%)= poids du refus cumulé x100 /poids de l’échantillon -Complément à 100 des refus cumulés = 100 – refus cumulé en (%). -Tamisat en (%) : avant le fractionnement, le % du tamisat est égal au complément à 100 des refus cumulés. 42  24/10/2024 INTERPRETATION La courbe granulométrique est le résultat de l’essai, elle nous renseigne sur son uniformité, on caractérise un sol par la granulométrie c’est- à – dire par le coefficient d’uniformité ou coefficient de Hazen, qui est défini comme suit : Cc coefficient de courbure Cc= (d30)2/d60 x d10 C c > 5 et 1 < C c < 3 : le sol est dit bien gradué 43  24/10/2024 TD Masse de l’échantillion après lavage et séchage : M=3000g Ouverture de Masse de refus Masse de refus Pourcentage de Pourcentage tamis (mm) partiel (g) cumulés (g) refus cumulés cumulés de tamisat 16 0 14 30 12,5 270 6,3 300 5 450 2,5 690 1,25 630 0,63 570 0,315 10 0,16 20 0,08 10 Fond 1 Compléter le tableau et tracer la courbe granulométrique? Calculer le coefficient de HAZEN et de courbure ? INTERPRETER ? 44  24/10/2024 I- LES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES I-2- Classes granulaires : Un granulat est caractérisé du point de vue granulaire par sa classe d/D. Lorsque d est inférieur à 2 mm, le granulat est désigné 0/D. La norme indique la terminologie usuelle des granulats selon leurs dimensions : Φmin (mm) Φmax (mm) CaillouxI- LES CARACTERISTIQUES 20 GEOMETRIQUES 200 I-2- Classes granulaires : Graviers 2 20 Un granulat est caractérisé du point de vue granulaire par sa classe d/D. Lorsque d est inférieur à 2 mm, le granulat est désigné 0/D. Sables 0,2 2 La norme indique la terminologie usuelle des granulats selon leurs grossiers dimensions : Sables fins 0,06 0,2 Limons 0,02 0,06 Limons fins 0,002 0,02 Argiles 0 0,002 45  24/10/2024 I- LES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES I-3 MODULE DE FINESSE: La norme définit le module de finesse = 1/100 ème de la somme des refus, exprimés en pourcentages, sur les différents tamis de la série suivante : 0,16 - 0,315 - 0,63 - 1,25 - 2,5 - 5,0 mm. 1,8 < MF < 2,2 : Sable convenable pour obtenir un béton d'ouvrabilité satisfaisante et de bonne résistance avec des risques de ségrégations limités. 2;2 < MF < 2,8 : facilité de mise en oeuvre et bonne résistance du béton 2,8 < MF < 3,2 : Béton de résistances élevées mais de moins bonne ouvrabilité et des risques de ségrégation. TD Calculer le module de finesse des granulats à partir de l’analyse granulométrique précédant et interpréter ? 46  24/10/2024 I- LES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES I-4 COEFFICIENT D’APLATISSEMENT: Il caractérise la forme du granulat à partir de sa plus grande dimension et de son épaisseur. Le principe consiste à réaliser un double tamisage : - le premier dans un tamis à mailles carrées permet de séparer les granulats en classe d/D successives tel que D=1.25d - puis les différentes classes sont tamisée une à une dans des tamis composés de fentes dont la largeur est égale à d/1.58 On prend un échantillon de masse M ≥ 0.2 D , D étant en mm le diamètre maximum des granulats , la masse M est exprimée en kg. L’échantillon est tamisé afin de mettre de coté les éléments inférieurs à 4 mm et supérieurs à 80 mm qui sont pesés. La masse restante est utilisée pour déterminer le cœfficient d’aplatissement A. Le premier tamisage est effectués , chaque fraction étant pesée au gramme prés , puis tamisées dans le tamis à fente correspondant. Le passant de chaque grille est pesé également au gramme prés. 47  24/10/2024 Analyse des résultats Par fraction de matériau , le coefficient d’aplatissement A est égal à : A = Mei / Mai x 100 Mei : masse de la fraction de matériau. Mai : masse du passant à travers le tamis à fente. Le coefficient global d’un matériau est calculé en faisant la somme des masses de fraction granulaire et la somme des passant , avec la même formule que ci- dessus. Forme d’un granulat : L : plus grande dimension E : plus petite épaisseur G : plus grande épaisseur Le coefficient A est le pourcentage pondéral des éléments qui vérifient la relation G/E > 1.58 Le coefficient d’aplatissement est noté FI dans les tableaux de classements , plus il est élevé , plus la proportion de granulats plats ou allongés est importantes. On retient les matériaux avec un FI ≤ à 35 II- LES CARACTERISTIQUES PHYSICO- CHIMIQUES FOISONNEMENT DU SABLE:  C’est le volume occupé par un poids donné de sable sec augmente en même temps que son humidité. Il peut atteindre 20 à 25 % pour des teneurs en eau de 4 à 5 %, ce qui modifie les dosages lorsqu’on raisonne en volume. 48  24/10/2024 Principe L’essai consiste à mesurer la variation de la masse volumique apparente d’un échantillon de sable en fonction de l’accroissement progressif de sa teneur en eau. Les résultats sont portés sur un graphique en vue de tracer la courbe de foisonnement du sable testé. Matériel utilisé le même matériel utilisé pour la mesure de la masse volumique apparente d’un agrégat. Mode opératoire. Peser 2 kg de sable sec (w = 0%) et mesurer sa masse volumique apparente (moyenne de 3 essais), Ajouter 1% d’eau soit 20 g à l’échantillon sec (2000 g) et bien mélanger. Mesurer la nouvelle masse volumique apparente, Refaire l’opération pour les valeurs de teneur en eau suivantes : 2%, 3%, 4%, 5%, 7%, 10%. 49  24/10/2024 Mode opératoire 50  24/10/2024 TD Tracer la courbe de foisonnement du sable ? Masse volumique 1600 1500 1400 1300 1200 1100 apparente sèche (kg/m3) Pour une masse volumique ap Humide du sable égal à 1 120 kg/m3 et une teneur en eau w=8%  Calculer la masse sèche du sable?  Calculer la masse d’eau contenue dans le sable pour w=8%.? II- LES CARACTERISTIQUES PHYSICO- CHIMIQUES II-3 POROSITE: C’est le rapport du volume des vides contenus dans les grains au volume des grains, exprimé en pourcentage. 51  24/10/2024 II- LES CARACTERISTIQUES PHYSICO- CHIMIQUES II-4 PROPRETE DES GRANULATS: PROPRETE SUPERFICIELLE: La propreté est caractérisée par la teneur en particules fines (< 0,5 mm) essentiellement argileuses ou d’origine végétale ou organique EQUIVALENT DE SABLE: Dans le cas des sables, le degré de propreté est fourni par l’essai appelé « équivalent de sable piston PS » qui consiste à séparer le sable des particules très fines qui remontent par floculation à la partie supérieure de l’éprouvette où l’on a effectué le lavage. MODE OPERATOIRE Préparer 5 litres de solution lavante en diluant une dose de solution lavante concentrée* de 125 cm3 dans 5 litres d’eau déminéralisée. (Conservation 2 à 4 semaines) - Tamiser le matériau à tester de façon à séparer les éléments sableux les plus grossiers des particules fines (fraction 0/2), puis en prélever 120 gr. - Remplir une éprouvette avec la solution lavante jusqu’au premier trait de jauge. - Verser les 120 gr de l’échantillon dans l’éprouvette à l’aide de l’entonnoir. Préparer de la même façon une seconde éprouvette. - Laisser les deux éprouvettes au repos pendant 10 minutes. - Boucher les éprouvettes à l’aide des bouchons et les agiter avec la machine agitatrice. - Remplir les éprouvettes jusqu’au second trait de jauge en lavant le bouchon et les parois intérieures afin de récupérer toutes les impuretés et le sable au fond des tubes. - Laisser reposer chaque éprouvette 20 minutes en tenant compte des décalages de temps dus aux manipulations. - Abaisser le piston dans le liquide pour séparer le floculat de l’eau. 52  24/10/2024 Matériel utilisé ESSAI D’EQUIVALENT DE SABLE 53 24/10/2024 54  24/10/2024 Application Calculer la propreté des sables de ces 3 échantillons Échantillion 1 : h1=65 et h2=60 Échantillion 2 : h1=120 et h2=90 Échantillion 1 : h1=140 et h2=70 Interpréter et citer ces utilisations ? III- LES CARACTERISTIQUES MECANIQUES III-1 ESSAI MICRO DEVAL: L’essai Micro-Deval (MDE) permet de déterminer la résistance à l’usure d’un échantillon de granulat. 55  24/10/2024 Mode opératoire : 1°) Prise d’essai de 500g lavée et séchée 2°) Mise en place dans un tambour avec 5kg de billes métalliques calibrées et 2.5 litres d’eau. 3°) Appliquer une rotation de 12 000 tours au tambour à la vitesse de 100 tours/minute. 4°) Retirer alors la prise de l’essai, pour lavage au-dessus d’un tamis de 1.6mm. 5°) Peser le refus (m) à ce tamis après séchage Calcul du MDE : Calculer alors le coefficient MDE pour chaque cylindre de cette façon : MDE = (500 - m) / 500 avec m masse du refus à 1.6 mm. 56  24/10/2024 Interprétations III- LES CARACTERISTIQUES MECANIQUES III-2 ESSAI LOS ANGELES: Le principe de cet essai est la détermination de la résistance à la fragmentation par chocs et à l’usure par frottements réciproques 57  24/10/2024 Mode opératoire : Un échantillon de fraction 10/14 mm (par exemple) et de masse sèche à 5000 g ± 5 g (M0) est placé dans un tambour contenant 11 boulets d’acier normalisés. Au cours de l’essai, le tambour effectue 500 tours à une vitesse de rotation comprise entre 31 et 33 tours/min. La friction des granulats entre eux et des granulats contre les boulets et les parois du tambour provoque leur dégradation plus ou moins accrue. L’ échantillon est ensuite retiré est lavé au dessus d’un tamis avec des mailles de 1.6 mm. On pèse le refus après séchage (M1). Le Coefficient Los Angeles (LA) est un pourcentage en masse du rapport des éléments passant au tamis de 1.6 mm séchés après lavage et la masse sèche initiale des granulats intacts. Calcul du LA LA = 100*( Mo – M1)/Mo avec Mo masse initiale de l’échantillon LA correspond au pourcentage de fines produit par l’essai. La norme classe les matériaux suivant un code tenant compte de la friabilité et de la dureté des matériaux pour l’utilisation en couche de base , de liaison et fondation. Plus LA est élevé, moins le matériau est dur. 58  24/10/2024 Interprétations INFLUENCE DES CARACTERISTIQUES DES GRANULATS SUR LES PROPRIETES DES BETONS 1- NATURE MINERALOGIQUE: Les caractéristiques intrinsèques des granulats en dépendent: - un granulat calcaire à faible coefficient de dilatation thermique est favorable pour s'opposer à la fissuration de retrait thermique, mais défavorable du point de vue de la tenue dans un milieu agressif acide; - la présence de clivages dans les minéraux (micas, feldspaths, etc.) accroît les retraits. 2- ALCALI –REACTION: -Les granulats doivent être qualifiés vis-à-vis de l'alcali-réaction ( granulats potentiellement réactifs ou non qualifiés ) - Détermination de la teneur en alcalins actifs afin de pouvoir, éventuellement, établir le bilan des alcalins d'une formulation de béton 59  24/10/2024 INFLUENCE DES CARACTERISTIQUES DES GRANULATS SUR LES PROPRIETES DES BETONS 3- GRANULARITE DES SABLES:  C'est l'un des termes les plus importants notamment pour les paramètres suivants: - teneur en fines; - teneur en éléments fins jugés par le module de finesse; - continuité et régularité de la granularité.  Le module de finesse (MF) permet de juger globalement de la granularité d'un sable: l'optimum qui donnera le meilleur compromis résistance maniabilité maintien de l'homogénéité se situe à 2,5±0,35 environ.  Une bonne continuité de la courbe granulométrique est nécessaire pour obtenir un béton maniable. INFLUENCE DES CARACTERISTIQUES DES GRANULATS SUR LES PROPRIETES DES BETONS 4- PROPRETE DES SABLES: Pour les fillers (correcteurs granulométriques):  le critère retenu est la valeur de bleu à la tache V Bla. Pour les sables, le dispositif de contrôle est à double détente:  On pratique une mesure d'équivalent de sable,  si c’est négatif, un essai de bleu à la tache (V Bla). La pollution des granulats accroît la demande en eau, fait chuter les résistances et plus particulièrement la résistance au jeune âge, augmente les retraits et nuit à la durabilité des bétons 60  24/10/2024 INFLUENCE DES CARACTERISTIQUES DES GRANULATS SUR LES PROPRIETES DES BETONS 5- MATIERES ORGANIQUES DANS LES SABLES (Test colorimétrique): On soumet les sables à un test colorimétrique donnant une réponse par oui ou par non Leur présence peut perturber la prise, faire chuter les résistances, surtout au jeune âge, et donner lieu à des taches sur les parements. 6- TENEUR EN ELEMENTS COQUILLIERS: Dans les sables, le critère d'acceptation est l’essai de friabilité. Une valeur élevée indique de fortes proportions d'éléments tendres ou friables nuisibles à l'aspect des parements et à la durabilité des bétons, surtout des dallages et des chaussées. INFLUENCE DES CARACTERISTIQUES DES GRANULATS SUR LES PROPRIETES DES BETONS 7- GRANULARITE DES GRAVILLONS: Elle est fixée par le D prescrit ou admissible pour le béton à préparer en fonction de critères liés à la mise en oeuvre Les spécifications fixent les limites pour le passant au tamis intermédiaire (d+D)/2 garantissant une continuité suffisante ne nuisant pas à la maniabilité. 8- ABSORPTION D'EAU: Une valeur élevée est défavorable pour la durabilité des bétons car elle facilite la carbonatation, la pénétration de l'eau et des chlorures, la dégradation par le gel. Elle nuit aussi au maintien de la maniabilité du béton frais, ce qui peut se compenser par un pré mouillage des granulats. 61  24/10/2024 INFLUENCE DES CARACTERISTIQUES DES GRANULATS SUR LES PROPRIETES DES BETONS 9-RESISTANCE MECANIQUE LOS ANGELES: On limite sa valeur pour ne pas risquer d'avoir un mélange dont la granularité pourrait évoluer pendant le malaxage ou le transport en camion, ce qui modifierait les propriétés des bétons. 10-COEFFICIENT D'APLATISSEMENT DES GRAVILLONS: C'est une mesure de la quantité d'éléments plats et allongés qui permet de juger de la forme des grains. Une mauvaise forme nuit à la maniabilité, ce qui risque d'être compensé par un accroissement du dosage en eau, et favorise la ségrégation et l'apparition de défauts d'aspect. INFLUENCE DES CARACTERISTIQUES DES GRANULATS SUR LES PROPRIETES DES BETONS 11- PROPRETE DES GRANULATS: La pollution des granulats accroît la demande en eau, fait chuter les résistances et plus particulièrement la résistance au jeune âge, augmente les retraits et nuit à la durabilité des bétons 12- HOMOGENEITE C'est une mesure, peu courante, de la teneur en grains légers, de masse volumique inférieure de 400 kg/m3, par rapport à. celle de l'échantillon, d'un granulat. Ces grains légers sont souvent nuisibles quant à l'aspect des parements et à leur durabilité, à la tenue au gel et à la résistance à l'usure des dallages et des chaussées 62  24/10/2024 INFLUENCE DES CARACTERISTIQUES DES GRANULATS SUR LES PROPRIETES DES BETONS 13- IMPURETES PROHIBEES : Il s'agit de débris végétaux, charbons, grains légers, etc. déterminés par triage manuel sur tamis. Ces éléments nuisent à la durabilité du béton et à l'aspect des parements et surtout des dallages et des chaussées 63