CONTRIBUTION A L’ETUDE DU BETON DE SABLE - APPLICATIONS
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UUNNIIVVEERRSSIITTEE DD’’AANNTTAANNAANNAARRIIVVOO
EECCOOLLEE SSUUPPEERRIIEEUURREE PPOOLLYYTTEECCHHNNIIQQUUEE DD’’AANNTTAANNAANNAARRIIVVOO
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CCOONNTTRRIIBBUUTTIIOONN AA LL’’EETTUUDDEE DDUU BBEETTOONN DDEE SSAABBLLEE -- AAPPPPLLIICCAATTIIOONNSS
Présenté par : RAKOTONIAINA Volasolo
Promotion 2006
UUNNIIVVEERRSSIITTEE DD’’AANNTTAANNAANNAARRIIVVOO
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CCOONNTTRRIIBBUUTTIIOONN AA LL’’EETTUUDDEE DDUU BBEETTOONN DDEE SSAABBLLEE --
AAPPPPLLIICCAATTIIOONNSS Date de Soutenance : 03 Aout 2007 Présenté par : RAKOTONIAINA Volasolo MEMBRE DE JURY :
Président : Monsieur RAMANANTSIZEHENA Pascal, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo.
Membres du Jury : Docteur RANARIVELO Michel, Chef de Département Sciences des Matériaux et
Métallurgie ;
Professeur ANDRIANARY Philippe, Chef de Département Génie Chimique ;
Docteur RANDRIANARIVELO Fréderic, enseignant du Département Sciences des Matériaux et Métallurgie.
Rapporteur : Professeur RANAIVONIARIVO Gabriely, Responsable de la formation en 3ème cycle dans le Département Sciences des Matériaux
RREEMMEERRCCIIEEMMEENNTTSS
Ce mémoire n’a pas pu voir le jour sans l’aide et la collaboration de plusieurs personnes à
qui nous adressons nos vifs et sincères remerciements. En particulier, nous adressons notre
profonde reconnaissance à :
• Monsieur RAMANANTSIZEHENA Pascal, Directeur de l’Ecole Supérieure
Polytechnique d’Antananarivo qui a accepté de présider ce mémoire et qui a donné son aval
quant à la tenue de cette soutenance ;
• Les honorables Membres du Jury :
- Docteur RANARIVELO Michel, Chef de Département Sciences des Matériaux et
Métallurgie ;
- Professeur ANDRIANARY Philippe, Chef de Département Génie Chimique ;
- Docteur RANDRIANARIVELO Fréderic, Enseignant du Département Sciences
des Matériaux et Métallurgie ;
qui malgré leurs responsabilités, ont bien voulu accepter d’examiner ce mémoire ;
• Monsieur RANAIVONIARIVO Gabriely, Professeur à l’Ecole Supérieure
Polytechnique d’Antananarivo, responsable de la formation en 3ème cycle dans le Département
Sciences des Matériaux et Rapporteur du présent mémoire. Il nous a suggéré ce sujet de
mémoire et, de sa large compréhension, il a consacré son précieux temps à diriger nos travaux.
Nous sommes reconnaissants de sa haute directive du présent ouvrage
• Tous les Enseignants de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo qui ont
contribué à notre formation qualifiante ;
• Toute ma famille ;
• Tous ceux qui ont contribué de près et de loin dans la réalisation de ce mémoire.
Sur ce merci !
SSoommmmaaiirree
REMERCIEMENT
SOMMAIRE LISTE DES TABLEAUX LISTE DES FIGURES LISTE DES ABREVIATIONS IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN GGEENNEERRAALLEE
PPaarrttiiee :: II EETTUUDDEE BBIIBBLLIIOOGGRRAAPPHHIIQQUUEE
IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN
A – QUELQUES NOTIONS SUR LE BETON
CHAPITRE I / GENERALITES
CHAPITRE II / LES DIFFERENTES CARACTERISTIQUES DU BETON
CHAPITRE III / DIFFERENTS TYPES DE BETONS ET UTILISATIONS - ADDITIFS
CHAPITRE IV / FORMULATION DU BETON
B / BÉTON DE SABLE
CHAPITRE V / GENERALITES
CHAPITRE VII / PRATIQUES D’UTILISATION DES BETONS DE SABLE
CCOONNCCLLUUSSIIOONN
Partie : II ETUDE EXPERIMENTALE - APPLICATIONS
IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN
CHAPITRE VIII / DESCRIPTION ET CARACTERISATION DES ESSAIS
CHAPITRE IX / METHODES DE FORMULATION DES BÉTONS DE SABLE
CHAPITRE X / ESSAI DE FABRICATION DE BETON DE SABLE
CHAPITRE XI / AVANTAGES ET LIMITE D’EMPLOI DES BETONS DE SABLE
CCOONNCCLLUUSSIIOONN GENERALE
BBIIBBLLIIOOGGRRAAPPHHIIEE
ANNEXES
LLIISSTTEE DDEESS TTAABBLLEEAAUUXX
Tableau n° 01 : Les cinq types de ciment de la norme européenne.
Tableau n° 02 : Les différents types de ciment selon la norme NF EN 197-1
Tableau n° 03 : Exigences sur les caractéristiques physiques et chimiques du ciment selon
la norme NF P 15 301
Tableau n° 04 : Valeur de A / (A+C) de la norme XP P 18-305
Tableau n° 05 : Impuretés admissibles dans l'eau de gâchage
Tableau n° 06 : Liste des principaux adjuvants
Tableau n° 07 : Utilisations des adjuvants
Tableau n°08 : Valeur de k en fonction de la nature du ciment
Tableau n° 09 : Dosage minimal en ciment
Tableau n° 10 : facteurs de résistance et d'ouvrabilité
Tableau n° 11 : Affaissement au cône d'Abrams (selon NFP 18 451)
Tableau n° 12 : Valeur du coefficient granulaire G avec vibration
Tableau n° 13 : Correction en pourcentage sur le dosage en eau en fonction de la
dimension maximale D des granulats
Tableau n° 14 : Teneur en eau approximative des granulats courants en litres pour un
mètre cube de matériau (en volume apparent)
Tableau n° 15 : Propretés du sable à l'aide de l'équivalent de sable
Tableau n° 16 : Valeur du terme correcteur K en fonction du dosage en ciment, de la
puissance de la vibration et de l'angularité des granulats
Tableau n° 17 : Valeur du coefficient de compacité
Tableau n° 18 : Le dosage minimum en ciment en fonction du diamètre (D) du granulat
employé
Tableau n° 19 : Caractéristiques de l'eau exigés selon la norme NFP 18 303
Tableau n° 20 : Interpretation vis-à-vis des moyens de mise en place
Tableau n° 21 : Classes de résistance des bétons routiers, selon la norme NF P 981 70.
Tableau n° 22 : Temps de vibration pour la mise en place du béton
Tableau n° 23 : Résultat d’analyse granulométrique du sable de rivière 1
Tableau n° 24 : Résultat d’analyse granulométrique du sable de rivière 2
Tableau n° 25 : Résultat d’analyse granulométrique du sable de carrière
Tableau n° 26 : Résultat d’analyse granulométrique du sable de dunes
Tableau n° 27 : Caracteristique du ciment utilisé
Tableau n° 28 : Caracteristique de l’eau
Tableau n° 29 : Caracteristiques des fines d’ajout
Tableau n° 30 : Caracteristiques des adjuvants
Tableau n° 31 : Résultats des essais avec sable de rivière 1
Tableau n° 32 : Résultats des essais avec sable de rivière 2
Tableau n° 33 : Résultats des essais avec sable de carrière
Tableau n° 34 : Résultats des essais avec sable de dunes
Tableau n° 35 : Les valeur de Filler/C correspondant à la valeur de RC28 maximum
Tableau n° 36 : Exemple calcul de la quantité de sable
Tableau n° 37 : Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de rivière 1
Tableau n° 38 : Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de rivière 2
Tableau n° 39 : Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de carrière.
Tableau n° 40 : Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de dunes.
Tableau n° 41 : Exemple de calcul n° 1, résultats du modèle Alizé
Tableau n° 42 : Exemple de calcul n°2, résultats du modèle Alizé
LLIISSTTEE DDEESS FFIIGGUURREESS
Figure n° 01 : Influence du dosage et l'âge du béton sur la résistance à la compression
Figure n° 02 : procédures de formulation de béton
Figure n° 03 : Abaque permettant d'évaluer approximativement le dosage en ciment à prévoir en fonction du rapport C/E et de l'ouvrabilité désirée (affaissement au cône).
Figure n° 04 : Variation de la correction en eau si la dimension maximale des granula est différente de 25mm
Figure n° 05 : Fuseaux proposés pour la granularité des sables à béton
Figure n° 06: Analyse granulométrique Norme NFP 18-304
Figure n° 07 : Proportion du gravillon dans le béton
Figure n° 08 : Influence de la nature du sable sur la maniabilité (avec fines d’addition calcaires)
Figure n°0 9 : Effets du dosage et de la finesse de d’addition sur la résistance
Figure n° 10 : Influence de la nature de l’addition sur le niveau de résistance
Figure n° 11 : Effets de la granularité sur la résistance
Figure n° 12 : Variation de l’adherence d’une armature en fonction de la formulation
Figure n° 13 : Influence de la résistance en traction du béton de sable sur l’adhérence des armatures
Figure n° 14 : Courbe de fatigue
Figure n° 15 : Retrait d’auto-dessiccation
Figure n° 16 : Retrait total
Figure n° 17 : Fluage d’auto-dessiccation
Figure n° 18 : Fluage total
Figure n° 19 : Courbe d’analyse granulométrique sable de rivière 1
Figure n° 20 : Courbe d’analyse granulométrique sable de rivière 2
Figure n° 21 : Courbe d’analyse granulométrique sable de carrière
Figure n° 22 : Courbe d’analyse granulométrique sable de dune
Figure n° 23 : Iinfluence du diamètre D du sable sur le dosage en fines
Figure n° 24 : Influence de la dimension d sur la porosité minimale du béton pour deux tailles D du sable
Figure n° 25 : Rélation entre ouvrabilité et le dosage (e+v) d’une matrice pour une mise en œuvre donnée
Figure n° 26 : Coefficient d’activité du filler calcaire (modèle)
Figure n° 27: Etape de calcul de la formulation du béton de sable
Figure n° 28: Caractérisation des matériaux utilisés
Figure n° 29: Choix de l’action à effectuer
Figure n° 30: Presentation des résultats sous forme tabulaire
Figure n° 31: Détermination des composition à partir du RC28
Figure n° 32: Détermination des composition à partir du RC28
Figure n° 33: Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de rivière 1
Figure n° 34: Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de rivière 2
Figure n° 35: Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de carrière
Figure n° 36: Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de dunes
Figure n° 37: Courbes de RC28 en fonction de filler/C pour le sable de rivière 1
Figure n° 38: Courbes de RC28 en fonction de filler/C pour le sable de rivière 2
Figure n° 39: Courbes de RC28 en fonction de filler/C pour le sable de carrière
Figure n° 40: Courbes de RC28 en fonction de filler/C pour le sable de dune
Figure n° 41: Courbes de RC28 en fonction du dosage C pour le sable de rivière 1
Figure n° 42: Courbes de RC28 en fonction du dosage C pour le sable de rivière 2
Figure n° 43: Courbes de RC28 en fonction du dosage C pour le sable de carrière
Figure n° 44: Courbes de RC28 en fonction du dosage C pour le sable de dune
Figure n° 45: Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de rivière 1
Figure n° 46: Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de rivière 2
Figure n° 47: Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de carrière
Figure n° 48: Courbes de K en fonction du rapport Fil/C pour le sable de dunes
LLIISSTTEE DDEESS AABBRREEVVIIAATTIIOONNSS
A Poids de l'addition utilisée. A1 Affaissement au cône b Pente de la courbure de la fatigue BAC Béton armé continu BBTM Dalle épaisse de béton de sable goujonnée ou armée, revêtue d'un béton
bitumineux très mince BB Béton Bitumineux BS Béton de sable c Volume de ciment C Poids de ciment CPA, C' Liant équivalent CHF Ciment de haut Fourneau CLC Ciment aux cendres volantes CLK Ciment de Laitier au Clinker CPA Ciment portland Artificiel CPJ Ciment portland jumelé CPZ Ciment portland pouzzolane CV Dosage en cendres volantes dabs Densité absolue dapp Densités apparente E Module d’élasticité f Finesse Blaine FS CBR Filler silicieux cendre de balle de riz FC Cipolin Filler calcaire comme Cipolin FIL Dosage en filler calcaire FS Dosage en fumée de silice G Coefficient granulaire FCE Classe vraie du ciment à 28 jours en Mpa d Dimension du tamis retenant 90% du granulat d1 la plus grande des passoires, sur laquelle on recueille les plus gros éléments [mm] d2 Passoire immédiatement inférieure (mm] D Dimension du tamis retenant 10 % du granulat D1 Fumée de silice e Volumes d’eau eex Quantité excédentaire d'eau ft Résistance en fendage à 28j g- G Augmentation de la grosseur des grains de valeur g à la valeur G j jour kc Coefficient de calage kd Coefficient de discontinuité kr Coefficient de risque ks Coefficient de portance kt Coefficient de thermique k1 Coefficient de prise en compte utilisé, k2 Coefficient dépendant de la nature du ciment et du mode de serrage selon la
formule de Feret
Constante donnée en fonction de la nature du ciment et de l'âge du béton selon la formule de Bolomey
k4 Caractérisent la nature ou l'énergie du liant à un âge déterminé
Introduction générale béton de sable
2007
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IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN GGEENNEERRAALLEE
Introduction générale béton de sable
2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 2
Les infrastructures constituent non seulement un indicateur permettant d’évaluer le niveau
de développement d’un pays mais surtout une base de ce développement lui-même. Leur efficacité
réside en pratique dans leur durabilité qui est essentiellement assurée par celle du béton. Ce
dernier est constitué de plusieurs éléments à savoir le gravillon, le sable, le ciment, l’adjuvant,
etc.Le gravillon joue un rôle essentiel du point de vue dureté. Pourtant, une contrainte en matière
d’utilisation de cet élément est due au fait qu’il n’est disponible que dans certaines régions alors
que le sable est en abondance dans la nature.
Face à telle situation, l’étude du béton de sable a été menée dans le but de rendre possible
l’utilisation de béton sans gravillon, sans pour autant perdre les performances techniques
essentielles. Telle technicité a fait l’objet de nombreuses études, en particulier, en France et au
Canada. A Madagascar, elle présente un intérêt économique important en résolvant, à titre
d’exemple, le problème d’absence des gravillons dans les zones côtières. Ainsi, on assiste à une
valorisation des ressources en sable assez abondantes dans nombreuses zones de la Grande île.
Etant donné les intérêts indubitables qu’apporte le béton de sable, une étude sur ses
applications est à promouvoir chez nous. Aussi, serions-nous amenés à axer notre thème de
mémoire sur la « Contribution à l’étude du béton de sable – applications ». L’objectif consiste
donc à renforcer l’étude de béton de sable en nous inspirant des formules existantes pour assurer la
durabilité de l’ouvrage.
Pour atteindre cet objectif, notre plan sera divisé en deux parties. La première partie sera
consacrée à l’Etude bibliographique. On entamera dans la deuxième partie l’Etude expérimentale
et les applications.
Etude experimentale - Applications béton de sable
2007
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Partie : I ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
PPaarrttiiee :: II EETTUUDDEE BBIIBBLLIIOOGGRRAAPPHHIIQQUUEE
Etude bibliographique béton de sable 2007
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IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN
L’idée à l’origine de la création du béton de sable actuelle a été développé depuis
longtemps. En effet, ses ancêtres ont vu le jour il y a un siècle et demi. Cependant, la modélisation
de calcul, contenu dans nombreux ouvrages, ne cesse d’être améliorée. Afin de pouvoir bien
développer l’étude de béton de sable, il faut se rendre compte de ces ouvrages existants. C’est
ainsi que nous abordons notre recherche à l’étude bibliographique.
Nombreuses sont les études faites et les documents déjà élaborés en matière de béton de
sable et le présent ouvrage tâche de réunir tous ces renseignements en dispersion. Or, le béton de
sable n’est autre qu’une famille de béton classique, il convient, ainsi, d’examiner en premier lieu
les compositions minéralogiques, les différentes caractéristiques, les types existants et la méthode
de formulation du béton classique. Après, nous allons voir ce qui est du béton de sable, une
section qui aborde des études sur des généralités.
.
Etude bibliographique béton de sable 2007
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A – QUELQUES NOTIONS SUR LE BETON
CHAPITRE I / GENERALITES
II // DDééffiinniittiioonn
On traite ici comme béton tout aggloméré composé de granulats, de nature et de
dimensions quelconques, et d'un liant durcissant avec l'eau par cristallisation physico-chimique et
éventuellement d'adjuvant. Les granulats constituent l'ossature du matériau; l'eau et le liant se
combinent pour constituer une sorte de colle qui réunit entre eux les granulats. Selon la nature des
granulats utilisés on distingue : le béton cyclopéen (avec les moellons), le béton de cailloux (gros
béton), le béton de gravillons (petit béton) et le béton de sable, mortier avec les sables fins ou gros
suivant l'emploi.
On dit que le béton est plein lorsque le mortier remplit exactement les vides entre les
éléments gros, mais il est dit creux ou maigre si le mortier est insuffisant pour remplir les vides.
Un béton binaire est un béton fabriqué avec deux composants inertes, tels que sable et
gravier par exemple, et ternaire s'il est composé de trois granulats comme sable, gravier et
gravillons.
IIII // HHiissttoorriiqquuee
Le béton avait pris ses pas après le mortier. Il est à noter que le mortier serait très ancien,
citant les colonnes d'Egypte, en pierre artificielle qui date de 3600 ans avant notre ère. Les plus
anciens mortiers reconnus sont ceux des maçonneries de remplissage, des pyramides et ceux des
citernes et de tombeaux étrusques.
Ce sont les Romains qui développèrent l'art des mortiers de chaux grasses, en y associant
la pouzzolane (cendre du Vésuve à Pouzzoles) pour la prise hydraulique et qui en fixèrent la
technique. Dans cette période, du règne de la chaux grasse, à durcissement trop lent pour
permettre la tenue du béton en élévation, il ne fut employé que pour les aires (routes, dallages,
planchers...) et les fondations.
Vicat obtint systématiquement les chaux hydrauliques en 1818 en partant de calcaires
argileux. Le ciment ne fut utilisé qu'à partir du milieu du XIXème siècle pour les bétons en
CHAPITRE I / GENERALITES
Etude bibliographique béton de sable 2007
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élévation.
Coignet exécuta, en l847, le premier immeuble en béton coffré, puis des pièces moulées et
en 1852 un plancher avec poutrelles en fer et en béton coulé (terrasse à Saint- Denis).
Le béton armé de fers ronds apparut en 1848, avec le bateau Lambot, Le béton armé s'est
étendu ensuite à toutes les constructions portantes chargées. Entre 1930 et 1950, on construit les
premières réalisations en béton précontraint. Ce nouvel essor est apporté par Eugène
FREYSSINET.
Les premières études systématiques sur les bétons eurent lieu en France et sont dues aux
Ingénieurs des Ponts et Chaussées.
Les travaux de R.Féret sont considérables. En 55ans, il donne près de 200 publications
sur les liants, les mortiers, les bétons, mais son étude de 1892. Complétée par celle de
1896 et qui n'a pas de correspondance nulle part, était déjà déterminante pour la
découverte des lois du béton.
En 1925 Bolomey propose une loi continue qui reprend celle de Ful1er sur la
granulométrie et composition.
Le Clerc du Sablon en 1927 a fait une étude de résistance liée à la compacité du béton.
En 1937, A.Caquot met en évidence l'effet de paroi des moules.
En 1940, R.Valette a fait une étude de la résistance des bétons en fonction du rapport
gravier / sable.
En 1942, Faury donna une étude générale du béton et proposa une nouvelle
granulation type, variante assouplie des granulations continues antérieures
Actuellement, les recherches et les études sur les bétons ne cessent d'évoluer, dans le but
d'améliorer leurs performances et aussi pour les rendre plus économique
IIIIII // LLeess ccoonnssttiittuuaannttss dduu bbééttoonn
Nous avons indiqué que le béton s'obtient en mélangeant de liant, des granulats, de l'eau et
d'adjuvant. Chaque constituant joue un très grand rôle dans la fabrication du béton et ses
caractéristiques influent sur les propriétés et la destination du matériau.
III – 1 / Liants
Etude bibliographique béton de sable 2007
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Les liants hydrauliques sont constitués par les ciments et les chaux hydrauliques.
Aujourd'hui, l'emploi de la chaux existe encore mais son emploi se substitue considérablement à
l'utilisation du ciment faute de sa prise trop lente et sa faible résistance Dans cette étude nous ne
considérons que les ciments.
On distingue deux sortes de ciments :
o Les ciments proprement dits;
o Les ciments équivalents.
IIIIII--11--11// LLeess cciimmeennttss
• Définition
Les ciments sont des liants hydrauliques fabriqués à partir :
o Du clinker qui est obtenu par cuisson, jusqu'à fusion partielle, d'un mélange dosé et
homogénéisé comprenant essentiellement de la chaux, de la silice, de l'alumine et l'oxyde
de fer;
o Du laitier qui est obtenu par refroidissement brusque de la scorie en fusion
provenant des hauts fourneaux;
o De la pouzzolane ou des cendres volantes en provenance des centrales thermiques;
o Des fillers qui sont obtenus par broyage de roches de qualités convenables et qui,
par leur granularité, agissent sur certaines qualités des ciments (maniabilité,...).
• Normalisation et classification
• Les ciments et la normalisation
Plusieurs normes sont utilisées, pour la normalisation des ciments. Madagascar, les normes
en vigueur et utilisées par les laboratoires de contrôle sont celles publiées par l’AFNOR.
La norme de référence des ciments courants est la norme européenne EN 197-1 publée par
AFNOR sous la référence NF EN 197-1, est subdivisée en trois rubriques:
- une première partie descriptive qui définit les constituants du ciment et délimite les
différents types de ciments;
- une deuxième partie qui fixe les classes de résistance, les spécifications mécaniques et
physico-chimiques;
- une troisième partie consacrée aux critères de conformité, les procédures de leur
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vérification et les seuils de garantie.
Dans la norme NF EN 197-1, les ciments courants sont subdivisés en cinq types selon la
nature et la proportion des constituants.
Tableau n°01 : Les cinq types de ciment de la norme européenne.
Type Désignation
Ciment Portland CEM I
Ciments Portland composés CEM II / A ou B
Ciment de haut fourneau CEM III / A,B ou C
Ciment pouzzolaniques CEM IV / A ou B
Ciments composés CEM V / A ou B
• Les ciments de la norme NF EN 197-1 (ciments courants)
Les ciments de la norme NF EN 197-1 sont définis comme ciments courants, à l’instar des
autres ciments plus spécifiques, dans la composition, la fabrication et/ou l’utilisation. Le tableau
suivant donne une description détaillée des différents types de ciments courants.
Etude bibliographique béton de sable 2007
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Tableau n°02 Les différents types de ciment selon la norme NF EN 197-1
Notation composition (en % en masse) Constituants Constituants Type
Dénomination Symbole (2) Clinker principaux secondaires
CEM I Ciment Portland CEM I 95 - 100 0 0 - 5 CEM II/A - S 80 - 94 6 - 20 0 - 5
Ciment Portland au laitier CEM II/B - S 65 - 79 21 - 35 0 - 5
Ciment Portland à la fumée de silice (3) CEM II/A – D1 90 - 94 6 - 10 0 - 5
CEM II/A - P 80 - 94 6 - 20 0 - 5 CEM II/B - P 65 - 79 21 - 35 0 - 5 CEM II/A - Q 80 - 94 6 - 20 0 - 5
Ciment Portland à la pozzolane
CEM II/B - Q 65 - 79 21 - 35 0 - 5 CEM II/A - V 80 - 94 6 - 20 0 - 5 CEM II/B - V 65 - 79 21 - 35 0 - 5 CEM II/A - W 80 - 94 6 - 20 0 - 5
Ciment Portland aux cendres volantes
CEM II/B - W 65 - 79 21 - 35 0 - 5 CEM II/A – T’ 80 - 94 6 - 20 0 - 5 Ciment Portland
au schiste calciné CEM II/B – T’ 65 - 79 21 - 35 0 - 5 CEM II/A - L 80 - 94 6 - 20 0 - 5 CEM II/B - L 65 - 79 21 - 35 0 - 5
CEM II/A - LL 80 - 94 6 - 20 0 - 5 Ciment Portland
au calcaire
CEM II/B - LL 65 - 79 21 - 35 0 - 5 CEM II/A - M 80 - 94 6 - 20 0 - 5
CEM II
Ciment Portland composé (4) (5) CEM II/B - M 65 - 79 21 - 35 0 - 5
CEM III/A 35 - 64 36 - 65 0 - 5 CEM III/B 20 - 34 66 - 80 0 - 5 CEM III ciment de haut
fourneau (6) CEM III/C 5 - 19 81 - 95 0 - 5 CEM IV/A 65 - 90 11 - 35 0 - 5
CEM IV Ciment pouzzolaniques (5) (7) CEM IV/B 45 - 64 36 - 55 0 - 5
CEM V/A 40 - 64 36 - 60 0 - 5 CEM V Ciment composé (5)
CEM V/B 20 - 39 61 - 80 0 - 5
(1) : Les valeurs données se réfèrent à la somme des constituants principaux et secondaires.
(2) : Signification des lettres :
� Quantité des constituants principaux (autres que le clinker) :
o A : 6 à 20 %
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o B : 21 à 35 %
o C : 36 à 65 %
� Nombre : la lettre M pour signaler qu'on a au moins 2 constituants principaux
� Noms :
o S : laitier de haut fourneau
o D1 : fumée de silice
o P : pouzzolane naturelle
o Q : pouzzolane naturelle calcinée
o V : cendres volantes siliceuses
o W : cendres volantes calciques
o T’ : schiste calciné
o L ou LL : calcaire
(3) : La proportion de fumée de silice est limitée à 10 %
4) : Présence de plusieurs constituants principaux à différentes proportions
(5) : Les constituants principaux doivent figurer dans la désignation du ciment
(Symboles entre parenthèses)
(6) : Le laitier de haut fourneau est le seul principal ajout au clinker pour ce type de
ciments
(7) : Les principaux ajouts sont de la fumée de silice, de la pouzzolane naturelle et des
cendres volantes (D, P ou Q et V ou W)
Pour bénéficier pleinement de l’activité hydraulique des fines d'addition, on privilégiera
souvent les CPA par rapport aux CPJ.
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Tableau n°03 Exigences sur les caractéristiques physiques et chimiques du ciment selon la norme NF P 15 301
PROPRIETES TYPE DE CIMENT
CLASSE DE RESISTANCE
EXIGENCES (%)
CPA CHF Perte au feu CLK
Toutes classes 5,0
Oxyde de magnésium CPA Toutes classes 5,0
CPA CHF Résidu insoluble CLK
Toutes classes 5,0
35 CPA 35R CPJ 45
< 3,5
CPZ 45R CLC 55
55R
Sulfates (SO3)
CHF Toutes classes
< 4,0
Toutes classes sauf 55R < 0,10 Chlorure Tous types 55 < 0,05
IIIIII--11--22// LLee lliiaanntt ééqquuiivvaalleenntt
Le liant équivalent est constitué de ciment CPA et d'une addition normalisée venant en
substitution partielle du ciment (cendre volante, addition calcaire, laitier vitrifié moulu de haut
fourneau, filler siliceux ou fumée de silice).
La norme XPP 18 305 définit précisément le liant équivalent et les conditions d'emploi des
additions par :
o un rapport maximal addition / addition + ciment CPA qui dépend de la nature
de l'addition et de la classe de l'environnement ;
o un coefficient K de prise en compte des additions, spécifique à leur nature ;
o le liant équivalent C'est ainsi définit par la relation : C’ = C + k1 A ; [1]
o La hauteur maximale d'addition prise en compte dans le liant équivalent est fixé
par A / (A+C) ;
Avec ,
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k1= coefficient de prise en compte utilisé,
A = poids de l'addition utilisée.
Selon les types d'additions utilisées dans le béton, le rapport A/ (A+C) doit être inférieur
ou égal à une valeur bien définie : Tableau n° 04 Valeur de A / (A+C) de la norme XP P 18-305
0,30 Laitier vitrifié moulu
0,30 Cendres volantes
0,25 Additions calcaires
0,10 Fumées de silice
0,10 fillers siliceux
IIIIII--11--33// PPrroopprriiééttééss
La finesse de mouture d'un ciment est caractérisée par sa surface spécifique ou surface
développée totale des grains contenus dans une masse donnée. Cette finesse, mesurée
conventionnellement selon la norme NF P-15-442, est exprimée en cm2/g. En générale, elle est de
2700 à 3500cm2/g (surface spécifique Blaine).
La masse volumique des ciments est, en générale de 800 à 1200kg/m3 et la masse
volumique réelle varie en générale de 2900 à 3200kg/m3, soit en moyenne une densité absolue de
3,1 généralement admise.
III-2/ Granulats
IIIIII--22--11// DDééffiinniittiioonn
Les granulats sont des débris rocheux de diamètre compris entre 0 et 125mm. Ils peuvent
provenir de la carrière ou extraits du lit de rivières. Ils constituent le squelette du béton. Selon les
formulations retenues, ils forment de 70 à 90 % en masse de un mètre cube de béton.
IIIIII--22--22// CCllaassssiiffiiccaattiioonnss
On distingue plusieurs types de granulats, selon la norme XP P 18 – 540 : En fonction de leur origine :
o Granulats naturels, issus de roches meubles ou massives et qui ne subissent
aucun traitement autre que mécanique.
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o Granulats artificiels, provenant de la transformation thermique et mécanique de
roches ou de minérales. Granulats recyclés, granulats qui proviennent de la démolition d'ouvrages
ou qui sont réutilisés.
En fonction de leur masse volumique réelle (MVR) :
o - Granulats courants, granulats dont la MVR est comprise entre 2 et 3 t/m3;
o - Granulats légers, granulats dont la MVR est inférieure à 2 t/m3;
o - Granulats lourds, granulats dont la MVR est supérieure à 3 t/m3. En fonction de leur coupure granulométrique :
o Filler, 0 / D avec D < lmm et au moins 70% passant à 0,063 mm;
o Sablon, 0 / D avec D < 2mm et au moins 70% passant à 0,063 mm;
o Sable, 0 / D avec l < D < 6,3 mm;
o Gravillon, d / D avec d > lmm et D < 125mm.
IIIIII--22--33// PPrroopprriiééttééss
Les granulats employés pour la confection des bétons doivent satisfaire à un certain
nombre de conditions visant particulièrement :
Les caractéristiques physiques et chimiques de leur roche d'origine : ils doivent provenir
des roches inertes, c'est à dire sans action sur le ciment et inaltérable à l'air et à l'eau. Ils ne doivent
pas contenir d'impuretés nuisibles aux propriétés essentielles du béton ou susceptibles d'altérer les
armatures et les autres matériaux.
Ce sont notamment :
o le charbon et ses résidus ;
o les matières organiques, même en très petite quantité, peuvent nuire au
durcissement du béton, car les acides formés par la décomposition des déchets végétaux se
combinent aux sels alcalins du ciment ;
o les matières solubles ainsi que le limon, la vase, l'argile et de façon générale,
les matières extra-fines qui, par brassage de l'agrégat sous l'eau, troublent le liquide, ne
sont tolérées qu'en faible proportion.
o Les sulfures et les sulfates notamment le gypse et l'anhydrite. La forme des éléments des granulats joue aussi un rôle essentiel sur les propriétés du béton.
Les sables et graviers les meilleurs, à ce point de vue, sont ceux dont la forme des grains diffère le
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moins de la sphère s'ils sont arrondis, ou du cube s'ils sont anguleux.
Les matériaux contenant des plaquettes ou des aiguilles sont défectueux; les granulats qui
contiennent une forte proportion de ces grains de mauvaise forme doivent être rebutés.
Les granulats comprennent les sables et les pierrailles
IIIIII--22--44// SSaabblleess
Le sable est constitué par des grains provenant de la désagrégation des roches; la grosseur
de ces grains est généralement inférieure à 6 mm.
Le poids du mètre cube de sable est d'environ 1600kg.
Le sable utilisé doit être propre; en particulier, il ne doit comporter ni terre, ni matières
organiques, ni argile (fines).
On classe les sables en trois catégories :
• les fins, dont la grosseur des éléments est comprise entre 0 et 0,5 mm;
• les moyens, dont les éléments sont compris entre 0,5 mm et 2mm;
• les gros, dont les éléments sont compris entre 2 mm et 5 mm.
La composition du sable au point de vue de la grosseur des grains a une importance
considérable sur la qualité du béton obtenu.
IIIIII--22--55// PPiieerrrraaiilllleess
Les pierrailles sont constituées par des fragments de roches dont la grosseur est
généralement comprise entre 5 et 25 mm. Elles peuvent être extraites du lit des rivières (matériaux
roulés) ou obtenues par concassage de roches dures (matériaux concassés). Les roches constituant
les pierrailles doivent être dures, propres. Le poids de un mètre cube de pierrailles est d'environ
1400 kg.
III-3 / Eau
La quantité d'eau employée pour le gâchage du béton est toujours supérieure à celle
nécessaire pour l'hydratation du ciment. La quantité d'eau de gâchage introduite dans la
composition du béton influe, d'une part sur la qualité du béton, et d'autre part sur la facilité de mise
en œuvre. L'eau entrant dans la composition du béton doit être pure, sans acide, ni alcali. L'eau de
mer doit être à éviter dans toute la mesure du possible.
La normalisation officielle prescrit que les eaux employées pour le gâchage des bétons, ne
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doivent pas contenir des matières en suspension, ni être chargées de sels dissous au-delà de
certaines proportions :
Tableau n° 05 Impuretés admissibles dans l'eau de gâchage
Impuretés Qualité du béton
En suspension Dissoute Pour les bétons de
qualités 2 g / L 15g/L
Autres bétons 5 g / L 30g/L
III-4/ Les adjuvants
IIIIII--44--11// DDééffiinniittiioonn
Les adjuvants sont des produits chimiques «purs » ou des mélanges de produits organiques
ou minéraux qui sont généralement incorporés aux bétons lors du malaxage ou lors de la mise en
œuvre. Leur efficacité est liée à l'homogénéité de leur répartition dans la masse du béton.
L'utilisateur peut être amené à utiliser simultanément plusieurs adjuvants ayant des fonctions
différentes, soit pour obtenir des effets conjoints, soit pour corriger des effets secondaires non
recherchés ou amplifier l'une des fonctions principales.
L'efficacité et les effets secondaires de chaque adjuvant peuvent varier en fonction de son
dosage dans le béton et les divers composants de celui-ci, en particulier du ciment. Pour
l'interaction adjuvant-adjuvant, l'employeur doit s'assurer que les adjuvants utilisés sont
compatibles entre eux, et qu'ils sont de même marque.
IIIIII--44--22// FFoonnccttiioonnss ddeess aaddjjuuvvaannttss
• Fonction principale
Chaque adjuvant est définit par une fonction principale et une seule, caractérisée par la ou
les modifications majeures qu'il apporte aux propriétés des bétons et (ou) mortiers et (ou) coulis, à
l'état frais ou durci. L'efficacité de la fonction principale de chaque adjuvant peut varier en
fonction de son dosage et des matériaux utilisés.
• Fonction secondaire
Un adjuvant peut également présenter accessoirement une ou plusieurs fonctions
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secondaires s'étendant au même domaine. Les fonctions secondaires sont également caractérisées
par une efficacité qui est le plus souvent indépendante de celle de la fonction principale.
• Effets secondaires
L'emploi d'un adjuvant peut entraîner des conséquences dites effets secondaires qui sans
être recherchés n'en sont pas moins inévitables.
IIIIII 44--33// LLeess ddiifffféérreennttss ttyyppeess dd''aaddjjuuvvaannttss
On distingue :
• Les plastifiants réducteurs dʹeau :
De leur rôle double, ils permettent à la fois d'offrir au béton une consistance humide et la
possibilité de réduire la quantité d'eau, la résistance du béton durci peut ainsi être notablement
augmentée. Ils se caractérisent souvent par un effet secondaire « retardateur de prise » marqué
lorsqu'on les utilise à un dosage élevé.
• Superplastifiants hautement réducteurs dʹeau :
Leur mode d'action est similaire à celui des plastifiants mais il se produit avec une intensité
bien importante.
• Rétenteurs dʹeau;
Ils ont pour fonction principale de réduire la tendance au ressuage des bétons. Ils sont
utilisés pour améliorer la cohésion des bétons fluides dont le sable manque d'éléments fins ou à
faible dosage en ciment.
• Entraîneurs dʹair
Les entraîneurs d'air permettent une diminution du dosage en eau à maniabilité équivalente
mais les résistances mécaniques sont cependant affaiblies et d'autant plus qu'elles sont plus
élevées. Ils améliorent aussi la plasticité et l'ouvrabilité du béton. y Accélérateurs de prise et de
durcissement : Ils augmentent la vitesse d'hydratation du ciment donc permettent sa prise rapide.
Ils sont utilisés souvent pour les bétonnages par temps froid ou pour les travaux urgents. Les
résistances peuvent être légèrement diminuées
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• Retardateurs :
Ils agissent chimiquement comme les accélérateurs en retardant plus ou moins longtemps
l'hydratation du ciment. Ils prolongent la durée de vie du béton frais
• Hydrofuges :
Ce sont des adjuvants qui, introduits dans la masse du béton, ont pour fonction principale
d'en diminuer l'absorption capillaire. Ils ne sont vraiment efficaces que si le béton est bien
compact et homogène et que toutes les précautions sont prises afin d'éviter la formation des
fissures.
IIIIII--44--44 // LLeess pprriinncciippaauuxx aaddjjuuvvaannttss
Tableau n° 06 Liste des principaux adjuvants
Adjuvants Nature
• Sucres et gluconates • Acides citriques et tartriques Retardateurs • Oxyde de zinc, les phosphates
Accélérateurs
De prise : Alcalis, carbonates et sulfate de soude ou de potasse De durcissement : Chlorure et carbonate
Plastifiant réducteur d'eau Lignosulfonates
• Résine vinsol Entraîneurs • Aryl alkyl sulfonates • Résine mélanine sulfonces • Naphtalene- sulfonates Superplastifiant • Vinyl sulfonate
Rétenteurs d'eau • Methyl cellulose ( methocel)
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IIIIII--44--55 // UUttiilliissaattiioonnss
Tableau n° 07 Utilisations des adjuvants Adjuvants Utilisation
• Nécessité d'une bonne ouvrabilité • Préfabrication Superplastifiants • Bétons à hautes résistances • Transport pneumatique du béton • Béton coulé sous l'eau • Béton maigre : blancs, blocs • Béton routier • Sable manquant de fines • Béton très ferraillé
Plastifiants
• Injection (coulis et mortiers) • Décoffrage rapide • Temps froid - préfabrication • Travaux d'étanchement, cachetage, Accélérateurs • Réparation rapide, pistes d’aérodrome, routes, scellement • Temps chaud • Injection à grande profondeur (élévation de température) Voile d'étanchéité • Transport de béton sur longue distance • Reprise de bétonnage – confection de béton avec granulats apparents (parements lavés) • Parois moulées dans le sol
Retardateurs
• Coulage en contenu Route, barrage, ponts - travaux Ouvrages exposés à l'action des eaux agressives Entraîneurs d'air Bétons extrudés
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CHAPITRE II / LES DIFFERENTES CARACTERISTIQUES DU BETON
II // CCaarraaccttéérriissttiiqquueess pphhyyssiiqquueess
I-1 / Masse volumique
La masse volumique des bétons est comprise entre 2000 et 2400 kg/m3. Cette masse
volumique peut augmenter suivant les modalités de mise en œuvre et, avec une forte vibration, elle
peut atteindre jusqu'à 2500 - 2800kg/m3
I-2 / Coefficient de dilatation
Ce coefficient varie avec le dosage en ciment, il est d'autant plus grand que le dosage est
plus élevé; sa valeur moyenne qui vaut environ 10-5 est voisine de celle relative à l'acier. Le
coefficient de dilatation thermique du béton dépend de sa composition et de la température.
Il est compris, pour des températures normales, entre 9 et 12 10-6
I-3 / Les retraits
II--33--11 // RReettrraaiitt hhyyggrroommééttrriiqquuee
Le retrait est la diminution de longueur ou de volume du béton au cours du temps. Mais
lorsqu'il est conservé dans l'eau, le retrait devient presque nul, et on a même constaté parfois des
augmentations de volume. Il est de l'ordre de 0,20 à 0,40% .
Ce retrait dépend :
o De la composition du béton (dosage du ciment, quantité d'eau de gâchage);
o État hygrométrique du milieu ambiant (humidité, température ambiante);
o De la géométrie de la pièce.
Le retrait hygrométrique peut engendrer des fissurations au niveau de la pièce en béton.
Pour cela, considérons les types de retrait suivant :
o Le retrait d'autodissociation ou retrait endogène;
o Le retrait plastique;
o Le retrait thermique.
CHAPITRE II / LES DIFFERENTES CARACTERISTIQUES DU BETON
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II--33--22// RReettrraaiitt ssoouuss cchhaarrggee oouu fflluuaaggee
On a constaté que le retrait était plus important lorsque le béton était conservé en étant
soumis à une compression. Il existe donc un retrait sous charge, ou fluage, qui vient s'ajouter au
retrait hygrométrique.
L'intensité du fluage dépend de nombreux facteurs :
o Composition du béton;
o Géométrie de la pièce;
o Humidité et température ambiante;
o Age du béton lors de l'application de la charge,
o Mode et niveau de sollicitation.
IIII // LLeess ccaarraaccttéérriissttiiqquueess mmééccaanniiqquueess
Les caractéristiques mécaniques du béton sont déterminées surtout par leurs résistances
mécaniques. Le béton est défini par ses résistances à la compression et à la traction à 28 jours
d'âges. Comme les roches naturelles, il possède une grande résistance à la compression et une
faible résistance à la traction.
II-1/ Résistance à la compression Rc
La résistance à la compression du béton reste, du point de vue de l'ingénieur, la propriété la
plus important du matériau. Différentes formules de résistances à la compression existent aussi
mais les formules de Féret et Bolomey présentent l'avantage d'être générales, et s'appliquent aux
bétons qui ne sont pas pleins. L'évaluation des caractéristiques d'un béton à l'aide d'une formule de
résistance suppose la connaissance exacte de ses coefficients et nécessite pour cela des mesures
préalables délicates. Les résultats obtenus sont toujours très approximatifs.
Par ailleurs, les valeurs de la résistance à la compression s'obtiennent aussi en écrasant,
entre les plateaux d'une presse hydraulique, des éprouvettes (cubique, cylindrique ou prismatique
selon la norme adoptée par chaque pays) de béton d'âge donné et conservées dans des conditions
fixées
Connaissant la résistance à la compression à 28 jours d'âge, on peut déterminer celle à j
jours d'âge :
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[2]
Il y a une relation entre la composition du béton et la résistance à la compression. D'où la
relation fondamentale qui lie la résistance à la compression Rc d'un béton aux volumes absolus de
ciment c, d'eau e et des vides v contenus dans un mètre cube de béton durci.
IIII--11--11// FFoorrmmuullee ddee FFéérreett
k2, coefficient dépendant de la nature du ciment et du mode de serrage. Pour un serrage
moyen et du ciment type CPA k 500.
Où c, e et v sont les volumes de ciment, eau et d'air occlus
Si v est négligeable :
Où , E, C sont respectivement la masse volumique du ciment, les masses d'eau et
de ciment par unité de volume.
Si nous désignons par : C le poids du ciment, E le volume de l'eau de gâchage , V le
volume des vides, alors pour 1 m3 de béton :
o C = c x 3,10 (3,10 étant le poids spécifique des grains de ciment)
o E = e
o V = v
[4]
[5]
[3]
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On a alors :
IIII--11--22 // FFoorrmmuullee ddee BBoolloommeeyy
D'après BOLOMEY:
Pour béton plein et
Pour béton présentant des vides
La valeur de est donnée en fonction de la nature du ciment et de l'âge du béton:
Tableau n° 08 Valeur de k en fonction de la nature du ciment
Age du béton (jours) Nature de ciment 7 28 90
CPA 125 190 230
Ciment au laitier 90 150 200
IIII--11--33// FFaacctteeuurrss iinnfflluuaanntt llaa rrééssiissttaannccee dduu bbééttoonn
La résistance du béton à la rupture à la compression varie avec :
• Dosage minimal en ciment :
Les dosages minimaux en ciment indiqués dans la norme P 18 011 sur la classification des
environnements sont fixés à :
[8], pour environnement d'agressivité moyenne et béton armé dans un
environnement sans agressivité;
[9], pour environnement d'agressivité très forte et béton armé dans un
environnement d'agressivité sévère et pour béton précontraint
Les valeurs de quelques dosages minimaux en ciment sont données dans le Tableau n°9 qui
[6]
[7]
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suit :
Tableau n° 09 Dosage minimal en ciment
D en mm 5 6,3 8 10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100
5
700cD
≥
500 480 460 440 420 400 385 370 350 335 320 305 290 280
5
600cD
≥
435 415 395 378 362 345 330 315 300 288 275 262 250 240
5
500cD
≥
362 345 330 314 301 287 274 263 250 239 228 218 208 200
• Lʹâge du béton :
le graphe suivant montre la variation de la résistance à la compression en fonction de l'âge pour un
dosage donné :
Figure n°01 Influence du dosage et l'âge du béton sur la résistance à la compression
• Lʹeau de gâchage et porosité:
Si e est dans la formule de Féret la quantité totale d'eau, eh serait la quantité nécessaire à
l'hydratation du ciment. Il y aura en effet une quantité excédentaire d'eau eex telle que :
qui est à l'origine de vides qui s'ajoutent aux vides physiques de volume v en constituant la
porosité du béton (eex = e - eh)
ex he e e= − [10]
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Ainsi, pour un dosage donné de ciment, la résistance est d'autant plus grande que la
porosité du béton est plus faible
• Rapport E/C (OU C/E) :
La quantité d'eau de gâchage du béton est caractérisée par le rapport E/C qui indique le
poids de l'eau par rapport à celui du ciment. Il faut réduire autant que possible cette valeur car elle
a une influence négative sur la résistance à la compression : plus E/C augmente plus cette
résistance diminue.
• La compacité :
Par une action mécanique de serrage et de compactage du béton frais en œuvre, on pourra
diminuer le degré de vide. Ainsi, plus le béton est compact plus on améliore sa performance.
• Utilisation des adjuvants et additifs :
L'utilisation des adjuvants fait réduire la quantité d'eau employée, ce qui implique la
diminution de la valeur E/C et donne une bonne résistance à la compression.
• La température et lʹhumidité :
La chaleur accélère la prise et le durcissement du béton alors que le froid allonge la durée
de prise et peut même l'arrêter complètement. Le degré de l'humidité du milieu de conservation a
une influence importante sur la résistance du béton.
II-2 / Résistance à la traction Rt
La résistance à la traction du béton est beaucoup plus faible que sa résistance à la
compression. Féret a établi que la résistance à la flexion et à la traction varie comme , à une
constante près :
Dans cette formule, est un nombre négatif, k4 caractérisent la nature ou l'énergie du
liant à un âge déterminé, pour des conditions données de conservation du béton. Mais on peut
mesurer la résistance à la traction du béton directement, sur des éprouvettes prismatiques. La
résistance à la traction varie avec les mêmes facteurs et dans le même sens que la résistance à la
compression
[11]
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IIIIII// AAuuttrreess ccaarraaccttéérriissttiiqquueess
III-1/ La consistance - ouvrabilité
Elle dépend en général de la quantité d'eau de gâchage. Elle caractérise aussi le béton frais
et son ouvrabilité. Un dosage en eau suffisante est un facteur d'ouvrabilité; cependant il ne faut en
jouer qu'avec discernement, car son augmentation entraîne une baisse des qualités intrinsèques du
béton. En effet, on peut avoir recours à des adjuvants plastifiants ou superplastifiants qui
permettent d'augmenter les qualités de plasticité, fluidité et ouvrabilité tout en diminuant le dosage
en eau, ce qui entraîne alors une amélioration de la résistance. La consistance du béton frais peut
être évaluée avec la méthode d'affaissement au cône d'Abrams (ou Slump Test), ou par le test
C.E.S.
III-2 / La compacité
L'importance de la compacité, est capitale, du point de vue non seulement des résistances
mécaniques, mais aussi de toutes les propriétés du béton.
Il est reconnu que le retrait dépend non seulement de la quantité du ciment, de son dosage,
de l'état hygroscopique de l'air et de la température, mais aussi, et surtout, de la compacité du
béton.
La contraction du matériau durcissant à l'air diminue très rapidement, toutes choses égales
d'ailleurs, à mesure que sa compacité augmente. Le module d'élasticité du béton, c'est-à-dire sa
rigidité, croît très sensiblement dans les mêmes conditions. Toute augmentation de la compacité a
pour conséquence également de diminuer l'amplitude des déformations lentes du béton sous
charges et d'atténuer très sensiblement les risques de fissuration des pièces armées, fléchies ou
étirées.
La résistance du béton aux intempéries et à l'action des eaux agressives croît également
avec la compacité; si l'on veut éviter la désagrégation du béton, il convient, avant tout, de lui
composer une ossature inerte aussi compacte que possible. La perméabilité aussi est liée
également à la compacité. En résumé, toutes les qualités essentielles du béton varient dans le
même sens que sa compacité
III-3/ Influence de la dimension des granulats
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Nous savons que le béton tire du granulat une part de sa résistance et plus particulièrement
du gros granulat. Il est donc nécessaire d'employer des granulats de qualité et de dimension
maximale, celle-ci devant rester compatible avec une facilité de mise en oeuvre.
D'une part, considérons la surface spécifique d'un granulat, cette surface qui consomme de
la «colle » (liant), décroît rapidement en fonction de la grosseur des grains. Donc, le dosage en
ciment est d'autant plus élevé que les grains seront plus fins; mais l'augmentation du dosage en
ciment accentue le phénomène de retrait.
D'autre part, une augmentation de la grosseur des grains de valeur g à la valeur G entraîne
une réduction de l'intensité de fluage dans la proportion :
Par Exemple : si G = 2g, le fluage est diminué de 11%
III-4/ Effet de paroi
On appelle « effet de paroi » la plus ou moins grande difficulté qu'il y a à bien remplir un
moule dans lequel les surfaces en contact avec le béton (coffrage, armatures, gaines...) sont plus
ou moins importantes par rapport au volume.
Le béton se serre mal au voisinage des surfaces rigides (armature et paroi des moules).
Pour un moule donné, l'effet de paroi est caractérisé par le rapport D/r où D est le diamètre
maximal des grains ; r le rayon moyen des moules avec :
Détermination de D
Où :
d1 : la plus grande des passoires, sur laquelle on recueille les plus gros éléments [mm]
d2 : la passoire immédiatement inférieure (mm]
x : la proportion des grains retenus sur d1
y : la proportion retenue sur d2
Choix de r
[12]
[13]
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Pour le calcul de r, le volume de la macle à considérer est celui de ses parties les plus
ferraillées (et non pas de celui de la pièce entière).
Choix de D en fonction de r Dans la pratique, on choisit D de telle sorte que : 0,8 < (D / r) < 1 (ce qui correspond à
utiliser des graviers dont 20mm < D < 25 mm.
III-5/ Effet de « poisson »
En compression, comme en traction, la déformation longitudinale (dans le sens de l'effort)
est accompagnée d'une déformation transversale; le coefficient de Poisson est le rapport entre la
déformation transversale et la déformation longitudinale en valeurs relatives. Sa valeur varie de
0,15 à 0,30; il est d'autant plus élevé que le béton est jeune ou moins résistant. On le prend en
général égale à 0,20 (sauf cas particuliers).
III-6 / Le ressuage
Le ressuage correspond à l'exsudation superficielle d'une partie de l'eau de gâchage à la
surface supérieure du béton frais.
Le béton se tassera d'autant plus rapidement et d'autant plus en valeur absolue que :
o la durée de vibration est importante;
o la profondeur du béton frais est plus grande;
o la durée avant prise est importante.
III-7 / Corrosion du béton
La corrosion du béton est sa désagrégation due par divers facteurs autant internes
qu'externes du béton. Parmi eux, considérons les principaux phénomènes qui entraînent cette
désagrégation.
IIIIII--77--11// GGoonnfflleemmeenntt ddûû aauu ssuullffaattee
Si la teneur en sulfate atteint une certaine concentration, celle-ci peut occasionner un
gonflement du béton. Les eaux souterraines contiennent parfois des sulfates en solution. Elles
s'attaquent souvent au béton durci et provoquent par suite une désagrégation.
IIIIII--77--22// AAllccaalliiss--rrééaaccttiioonn
Au sein du béton peuvent se produire des réactions chimiques entre certains constituants
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 26
amorphes et mal cristallisés de silices, de silicates ou de carbonates contenus dans les granulats et
les éléments alcalins (sodium, potassium) en solution dans la pâte liante. L'ensemble de ces
réactions s'appelle « alcalis- réaction ».
Ces éléments alcalins peuvent provenir du ciment utilisé, de l'eau de gâchage, des
granulats composant le béton et aussi de l'extérieur.
Ces réactions entraînent la désagrégation du béton en présence d'humidité : fissuration,
faïençage à mailles plus ou moins serrées, écaillages, exsudation, cratères superficiels.... Ces
désordres ne se manifestent généralement qu'après 1 à 10 ans et pourront provoquer la ruine de
l'ouvrage. Les granulats contenant de l'opale, dolomie, mica sont les plus sensibles à ce
phénomène.
Si l'une des conditions suivantes n'est remplie, il n'y a pas risque d'alcali-réaction :
o La présence d'un granulat potentiellement réactif;
o Une concentration élevée en éléments alcalins dans la solution interstitielle;
o Une ambiance de conservation du béton présentant une humidité relative :
HR>80%.
IIIIII--77--33// CCaarrbboonnaattaattiioonn
Elle est due à l'action de l'acide carbonique qui se trouve dans l'atmosphère (en faible
quantité environ 0,5‰) sur la chaux libérée par l'hydratation des constituants du clinker :
L'effet de la carbonatation est la diminution du pH basique (11 à 12) du béton à des valeurs
inférieures à 9 neutralisant ainsi progressivement l'alcalinité du béton et son rôle «passivant » sur
la corrosion des armatures.
Plus le béton est compact, moins poreux et plus étanche, plus la carbonatation diminue.
Formule chimique:
Ca (OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
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CHAPITRE III / DIFFERENTS TYPES DE BETONS ET UTILISATIONS - ADDITIFS
II// DDiifffféérreennttss ttyyppeess ddee bbééttoonnss
On distingue trois catégories principales de béton :
le béton non armé;
le béton armé;
le béton précontraint.
I-1/ Le béton non armé
Il consiste à un béton ordinaire sans utiliser aucune armature. On peut utiliser le béton non
armé dans plusieurs domaines;
• En travaux publics :
- chaussées routières et autoroutières;
- grand barrage massif;
- pavés autobloquants;
• Dans les bâtiments :
- réalisation des agglomérés de ciment, parpaings, hourdis;
- tuiles en fibrociment;
- tuiles en vibro mortier,;
- …
• En ouvrages miniers
- étanchéité des galeries et puits;
- tubages des puits de forages;
- …
I-2/ Le béton armé
Le béton armé est constitué par du béton et des armatures en aciers judicieusement
disposés. Le rôle essentiel de l'acier dans le béton armé est de reprendre les contraintes de traction
CHAPITRE III / DIFFERENTS TYPES DE BETONS ET UTILISATIONS - ADDITIFS
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que le béton ne peut supporter.
Le béton armé s'obtient en coulant le béton, à l'état pâteux, à l'intérieur d'un moule appelé
coffrage, moule qui peut être en bois ou métallique, et dans lequel on a, au préalable disposé les
barres d'aciers.
Dans l'association béton acier qui forme le béton armé, on peut répartir les rôles de chacun
des constituants de la manière suivante :
o Le béton résiste aux efforts de compression;
o L'acier résiste aux efforts de traction et éventuellement, aux efforts de
compression, si le béton ne peut y suffire à lui seul. La solidité d'une construction en béton armé dépend donc non seulement de la qualité du
béton qui la constitue, mais également, et d'une façon éventuellement :
o De la disposition correcte des armatures;
o De la résistance des armatures;
o Du bon ancrage des armatures.
Pour ce faire, les armatures à utiliser sont les aciers à haute adhérence (crénelés, torsadés,
etc.) qui sont en acier plus dur (limite élastique 4200 kg /cm2, à laquelle correspond un taux de
travail admissible d'environ 2800 kg / cm2)
Le béton armé est utilisé pour :
o La construction des bâtiments, d'usine : planchers, fondation, poteau, chaînage,
escalier, poutre;
o Couvertures en coques minces, réservoirs, silos de petite capacité;
o Travaux publics : tunnel, pont, routes, digues, aérodromes;
o Ouvrages portuaires et maritimes
o Mur de soutènement;
I-3 / Bétons précontraints
Les bétons précontraints sont constitués aussi de béton et des armatures mais ce qui le
diffère du béton armé, c'est que les armatures sont mises en tension avant l'application des
charges. Eugène FREYSSINET, l'ingénieur qui a construit le premier structure en béton
précontraint a défini que : « précontraindre une construction, c'est la soumettre avant application
des charges à des forces additionnelles déterminant des contraintes telles que leur composition
avec celles qui proviennent des charges donne en tous points des résultantes inférieures aux
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contraintes limites que la matière peut supporter indéfiniment sans altération».
Les armatures de précontraintes sont constituées par des torons, des fils ou barres en aciers
à haute limite élastique disposés à l'intérieur de gaines ou de tube métallique ou plastique : les
conduits. L'ensemble constitue les câbles. Les aciers ont des résistances à la rupture de l'ordre de
1800 à 2000 Mpa.
Il faut noter que sans une mise en tension préalable, l'allongement d'un tel acier serait
beaucoup grand pour que le béton puisse le suivre sans fissuration excessive.
La précontrainte d'un élément en béton peut s'effectuer :
o Soit par post-tension, si la mise en tension se fait postérieurement au coulage du
béton;
o Soit par pré-tension, si les torons ou les fils d'acier de précontraintes sont mis
en tension préalablement au coulage du béton
Le béton précontraint est utilisé dans les structures fortement sollicitées à savoir :
o Les ponts à moyenne et à grande portée;
o Les réservoirs de plus de 1500m3;
o Les réservoirs à hydrocarbures et à gaz liquéfiés (environs 80.000 m3);
o Les enceintes de réacteurs nucléaires;
o Les travaux maritimes;
o Les structures offshores, etc.
IIII// AAddddiittiiffss
II-l / Définition
Par définition, un additif est un produit incorporé pour modifier certaines propriétés du
béton ou pour lui conférer des propriétés particulières
II-2/ Différents types d'additifs
Il existe plusieurs types d'additifs admissibles dans le béton; parmi eux citons les suivants :
IIII--22--11// CCoorrrreecctteeuurrss ggrraannuullaaiirreess
Les plus couramment utilisés sont les fillers calcaires et les cendres volantes. Ils sont
utilisés surtout en raison de leur rôle de remplissage afin d'éliminer les vides présents dans les
bétons.
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DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 30
IIII--22--22// LLeess ffiibbrreess
Actuellement, il existe deux types de fibres : les fibres synthétiques (organiques ou
minérales) et les fibres métalliques. Les bétons de fibres synthétiques se caractérisent par une
meilleure cohésion liée à la dispersion des fibres dans toute la masse. Les fibres synthétiques
peuvent constituer un réseau tridimensionnel très efficace permettant de maîtriser les risques de
fissuration par retrait plastique du béton. Les fibres métalliques (acier, fonte amorphe, inox, fibres
fraisées, fibres tréfilées...) améliorent le comportement post fissuration du béton en le transformant
en un matériau ductile grâce à un effet des coutures des fissures. C'est le cas des ferrociments
IIII--22--33// LLeess ccoolloorraannttss
On utilise particulièrement des colorants pour des raisons d'esthétique. Pour la plupart, ce
sont des oxydes minéraux.
La teinte finale recherchée dépend essentiellement du dosage et de la nature du colorant
employé.
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CHAPITRE IV / FORMULATION DU BETON
II// PPrriinncciippee ddee ffoorrmmuullaattiioonn
I-1/ Démarche à suivre
Pour aboutir à la formulation du béton, nous pouvons suivre les étapes que nous montrent
le schéma suivant :
Figure n° 02 procédures de formulation de béton
I-2/ Recueil des données
Les données à recueillir sont les données spécifiques liées à l'usage du béton, à savoir
o Nature de l'ouvrage;
o Mode de mise en place du béton et la puissance de serrage;
o Importance du ferraillage;
o Exigences spécifiques (de l'utilisateur ou du cahier des charges).
I-3/ Formulation
Son objectif est de déterminer, en fonction des paramètres visées et des caractéristiques des
matières premières, par des méthodes adéquates (FAURY, DREUX, JOISEL ,...) les dosages des
différents constituants.
Nous obtenons ainsi, à la fin de cette étape, les proportions de chacun des constituants pour
un mètre cube de béton.
CHAPITRE IV / FORMULATION DU BETON
Recueil des données spécifiques liées à l’usage du béton
Formulation Test en laboratoire
Modification éventuelle Validation en centrale
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I-4/ Test en laboratoire
La formule obtenue précédemment n'est que théorique. Pour valider la composition il nous
faut alors un test au laboratoire. On peut y vérifier les formules estimées.
I-5/ Modifications
Des modifications sont possibles afin d'améliorer la formulation si on n'aboutit pas aux
spécifications demandées. Si on démontre l'incompatibilité entre deux caractéristiques à obtenir,
on peut faire aussi une modification au niveau des données.
IIII// EExxeemmppllee ddee ffoorrmmuullaattiioonn dduu bbééttoonn :: MMEETTHHOODDEE DDEE DDRREEUUXX GGOORRIISSSSEE
L'étude d 'une composition de béton consiste presque toujours, à rechercher conjointement
deux qualités essentielles : résistance et ouvrabilité, mais elles dépendent de différents facteurs
comme indique le Tableau n°10 suivant :
Tableau n° 10 facteurs de résistance et d'ouvrabilité
Facteurs de béton Pour une bonne ouvrabilité
Pour une bonne résistance
Finesse du sable Plutôt fin Plutôt grossier
Rapport G/S A diminuer A augmenter
Dosage en eau A augmenter A diminuer
Granularité Continu préférable
Discontinu légèrement
Dimension maximale des granulats Plutôt petite préférable /Plutôt
forte
II-1/ Données de base
IIII--11--11// NNaattuurree ddee ll''oouuvvrraaggee
Il est nécessaire de connaître si le béton est non armé ou armé ou il s'agit d'un béton
précontraint. Dans le cas du béton armé et précontraint, il est indispensable de connaître les
dispositions des armatures et l'intensité du ferraillage.
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IIII--11--22 // RRééssiissttaannccee ddééssiirrééee
Elle est en générale définie par la résistance en compression sur cylindre à 28 jours. D'où
on peut choisir directement le dosage approximatif en ciment dont on devra connaître la classe
vraie FCE (c'est la résistance du ciment à 28 jours) sur laquelle on peut compter en moyenne. Mais
il faut noter que la résistance à viser est toujours un peu plus élevée que celle demandée :
RC = RC28 + 15%
RC28 : résistance souhaitée; RC : résistance à viser.
IIII--11--33// CCoonnssiissttaannccee ddééssiirrééee
On la définit comme l'affaissement moyen au cône d'Abrams ou du test C.E.S. on la choisit
en fonction de la nature de l'ouvrage, de la difficulté de bétonnage, des moyens de serrage.
Tableau n° 11 Affaissement au cône d'Abrams (selon NFP 18 451)
Plasticité serrage Affaissement A en cm
Béton ferme Bonne vibration 0 à 4
Béton plastique Vibration courante 5 à 9
Béton très plastique Piquage 10 à 15
Béton liquide Léger piquage 16
II-2/ Formulation
IIII--22--11// DDoossaaggee eenn cciimmeenntt
Il faut tout d'abord calculer la valeur de C/E à l'aide de la formule (valeur approximative)
RC : résistance moyenne en compression désirée à28 jours en Mpa
FCE : classe vraie du ciment à 28 jours en Mpa
G : coefficient granulaire
[15]
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C : dosage en ciment (en kg/ m3 )
E : dosage en eau totale sur matériaux secs (en l/m3)
Donc,
C/E = [ ( ) + 0,5 ]
La valeur de G est donnée par le Tableau suivant.
Tableau n° 12 Valeur du coefficient granulaire G avec vibration
Dimensions D des granulats Qualité des granulats
Fins (D<16mm) Moyens (25<D<40mm) Gros (D>63mm)
Excellente 0,55 0,50 0,65
Bonne, courante 0,45 0,50 0,55
Passable 0,35 0,40 0,45
Connaissant ainsi la valeur de C/E, on peut fixer arbitrairement le dosage en ciment à l'aide
de l'abaque suivant, en fonction de la valeur de l’affaissement correspondant à l’ouvrabilité désirée
Figure n° 03 Abaque permettant d'évaluer approximativement le dosage en ciment à
prévoir en fonction du rapport C/E et de l'ouvrabilité désirée (affaissement au cône).
[16]
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IIII--22--22// DDoossaaggee eenn eeaauu
Ayant fait le choix du dosage en ciment C, on peut en déduire le dosage approximatif en
eau totale provisoire à l'aide du rapport C/E. Mais cette valeur de E est particulièrement applicable
aux bétons pour lesquelles D = 25mm. Pour les D différents de 25 mm, il faudra alors prétendre à
une correction comme nous montre le Tableau n° 13 et la figure ci-après.
Tableau n° 13 : Correction en pourcentage sur le dosage en eau en fonction de la
dimension maximale D des granulats
Figure n°04 Variation de la correction en eau si la dimension maximale des granula est
différente de 25mm
La quantité d'eau totale (sur matériaux supposés secs) étant ainsi approximativement
déterminée. On obtiendra la quantité d'eau à ajouter sur les granulats humides en déduisant
l'apport (contenu dans les granulats) à l'aide des indications du Tableau qui suit :
Dimension maximale des granulats D en mm 1,25 2,5 5 10 16 25 40 63 100
Correction sur le dosage en eau (en %) +30 +22 +15 +9 +4 0 -4 -8 -12
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Tableau n°14 : Teneur en eau approximative des granulats courants en litres pour un mètre cube de matériau (en volume apparent)
Eau d'apport en L/m3 Degré apparent d'humidité Sable
0/5 Gravillon
5/25 Gravier 5/20 Gravier 20/40
Sèche 0 à 20 Négligeable Négligeable Négligeable
Humide 40 à 60 20 à 40 10 à 30 10 à 20
Très humide 80 à l00 40 à 60 30 à 50 20 à 40
Saturée, égouttée 120 à l40 60 à 80 50 à 70 40 à 60
On obtiendra l'apport d'eau par rapport au poids des granulats en divisant les quantités
données dans le Tableau n°14 par la masse volumique apparente (de l'ordre de 1500 kg/m3
environ pour des granulats courants). On peut mesurer à l'aide de sonde électrique ou à neutron la
teneur en eau des matériaux.
IIII--22--33 // DDoossaaggee ddeess ggrraannuullaattss
• Qualités des granulats
Gravier : il faut qu'ils soient d'une bonne qualité minéralogique, suffisamment dur et bien
propre, mais la forme de leur courbe granulaire, plus ou moins concave, a une influence
relativement importante que celle du sable.
Sable : la qualité du sable a une grande influence sur la qualité du béton ; pour cela on doit
par suite
i) vérifier la propreté à l'aide de l’essai d’équivalent de sable :
Tableau n° 15 : Propretés du sable à l'aide de l'équivalent de sable
ES à vue ES piston Renseignement sur la qualité du sable en fonction de la valeur de TES
ESV < 65 ES < 60 Sable argileux
65 < ESV < 75 60 < ES < 70 Sable légèrement argileux
75 < ESV < 85 70 < ES < 80 Sable propre
ESV > 85 ES > 80 Sable très propre
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ii) calculer le module de finesse.Il faut qu'elle soit comprise entre 2,2 et 2,8 Par
définition le module de finesse d'un granulat est la somme des pourcentages
ramener à l'unité des refus cumulés sur les tamis d’ouverture 23,26,29,32,35,38,41.
Si le sable est un peu grossier Mf > 3,0 on fait une correction soit par ajout de
sable fin soit par ajout d'un plastifiant ou d'un entraîneur d'air.
iii) Comparer la courbe granulométrique à la courbe suivante, qui correspond à celles
des sables proposés pour béton
Figure n° O5 : Fuseaux proposés pour la granularité des sables à béton
• Dosage
i) Tracer la courbe granulaire de réfèrence
Pour ce faire, on trace une composition granulaire de référence OAB telle que :
- B (à l'ordonnée 100%) correspond à D;
- A point de brisure de coordonnées Abscisse :
- Si D < 20 mm l'abscisse est D/2 ,
- Si D > 20mm l'abscisse est située au milieu du segment limité par le module 38
(5mm) et le module correspond à D
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Ordonnée :
est un terme correcteur dépendant du dosage du ciment, de
l'efficacité du serrage, de la forme des granulats : roulés ou concassés, et du module de finesse du
sable. Tableau n°16 : Valeur du terme correcteur en fonction du dosage en ciment, de la
puissance de la vibration et de l'angularité des granulats Vibration faible normale Puissant
Forme des granulats (du sable en particulier)
roulé concassé roulé concassé roulé concassé
400+superplastifiant -2 0 -4 -2 -6 -4
400 0 +2 -2 0 -4 -2
350 +2 +4 0 +2 -2 0
300 +4 +6 +2 +4 0 +2
250 +6 +8 +4 +6 +2 +4
Dos
age
en c
imen
t
200 +8 +10 +6 +8 +4 +6
Note 1: correction : si le module de finesse du sable est fort (sable grossier) une correction supplémentaire sera apportée de façon à relever le point A, ce qui correspond à majorer le dosage en sable et vice versa, la correction supplémentaire (sur K) peut être effectuée en ajoutant la valeur
=6Mf-15 (Mf étant le module de finesse du sable qui peut varier de 2 à 3 avec une valeur optimale de l'ordre de 2,5 pour laquelle la correction préconisée est alors nulle) Note 2 : correction supplémentaire Kp : si la qualité du béton est précisée pompable, il conviendra de conférer au béton le maximum de plasticité et de l'enrichir en sable par rapport à un béton de qualité courante. On pourra pour cela majorer le terme correcteur K de la valeur Kp=+5 à +10environ, selon le degré de plasticité.
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ii) Choix du coefficient de compacité y
Tableau n°17 : Valeur du coefficient de compacité
coefficient de compacité Consistance serrage
D=5 D=10 D=12,5 D=20 D=31,5 D=50 D=80
Piquage 0,750 0,780 0,795 0,805 0,810 0,815 0,820 Vibration faible 0,755 0,785 0,800 0,810 0,815 0,820 0,825 Molle
Vibration normale 0,760 0,790 0,805 0,815 0,820 0,825 0,830
Piquage 0,730 0,790 0,805 0,815 0,820 0,825 0,830 Vibration faible 0,765 0,795 0,810 0,820 0,825 0,830 0,835
Vibration normale 0,770 0,800 0,815 0,825 0,830 0,835 0,840
Plastique
Vibration puissante 0,775 0,805 0,820 0,830 0,835 0,840 0,845
Piquage 0,775 0,805 0,820 0,830 0,835 0,840 0,845 Vibration faible 0,780 0,810 0,825 0,835 0,840 0,845 0,850 Ferme
Vibration normale 0,785 0,815 0,830 0,840 0,845 0,850 0,855
Ces valeurs sont convenables pour des granulats roulés sinon il conviendra d'apporter les corrections suivantes :
- sable roulé et gravier concassé= -0,01 - sable et gravier concassé = -0,03
iii) Dosage des granulats
On trace tout d'abord les lignes de partage entre chacun des granulats en joignant le point à
95% de la courbe granulaire du premier, au point de 5% de la courbe du granulat suivant, et ainsi
de suite. On lira alors sur la courbe de référence au point de croisement avec la ou les droites de
partage de pourcentage en volume absolu de chacun des granulats. Par exemple gl, g2, g3.
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Figure n° O6 : Analyse granulométrique Norme NFP 18-304
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B / BÉTON DE SABLE
CHAPITRE V / GENERALITES
II// DDééffiinniittiioonn eett ssppéécciiffiiccaattiioonnss
I-1 / Définition
Un béton de sable est un béton fin constitué par un mélange de sable(s), de ciment(s),
d'addition(s) et d'eau; outre ces composants de base, le béton de sable comporte habituellement un
ou plusieurs adjuvants. Par rapport à cette composition fondamentale, pour répondre aux besoins
de certains usages, des ajouts spécifiques peuvent être envisagés : gravillons, fibres, colorants...
Un béton de sable chargé est un béton de sable comportant un ajout de gravillon, il ne
s'agit évidemment pas à découvrir les bétons classiques, aussi, cette dénomination n'est- elle
valable que lorsque le rapport gravillon (G) / sable (S) est inférieur à 0,7
G / S < 0,7 [18]
I-2 / Spécifications du béton de sable
D’une part le béton de sable differe d'un béton traditionnel par un fort dosage en sable et
d’autre part par l'absence ou un faible dosage de gravillons et l'incorporation d'additions
Le béton de sable se distingue d'un mortier par :
• sa composition : le mortier est en général fortement dosé en ciment et ne
comporte systématiquement pas d'additions;
• la destination : les bétons de sable sont essentiellement destinés aux usages
traditionnels du béton : construction de bâtiment, voirie,...
CHAPITRE V / GENERALITES
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IIII// HHiissttoorriiqquuee
En 1853, dans la perspective de réaliser des constructions monolithes, économiques et
résistants, l'Ingénieur COIGNET mit au point «le Béton Aggloméré » destiné à être moulé et
pilonné en place et qui n'est autre que l'ancêtre du béton de sable.
Il s'agissait, en effet, d'un mélange sans caillou, de sables, de cendres, de scories de
charbon brûlé, de terre argileuse cuite et pilée, de chaux hydraulique naturelle et d'eau en faible
quantité. Il construisit ainsi en béton aggloméré banché une vaste maison, encore visible en
France.
Cette composition fut par suite utilisée dans bon nombre de construction et réseau
d'assainissement et, après adaptation, servit notamment à réaliser un grand mur de
soutènement de la place du Trocadéro à Paris en France.
En Egypte, la phare de Port-Saïd, fut construit, en 1869, en béton de sable de plage et
chaux, ainsi qu'un pont à Brooklyn, édifié en 1871-1872.
En 1918, en Union soviétique, une expérience très originale fut faite par Nicolas de
Rochefort, à Saint Petersbourg. Elle consistait à broyer ensemble sable et clinker à parts égales,
puis à mélanger ce produit à du sable dans le rapport de 1 (produit broyé) à 3 (sable). Les
résistances obtenues furent les mêmes que celles d'un mélange sable - ciment, beaucoup plus riche
en (1/3 de ciment pour 2/3 de sable).
Le professeur REHBINDER, soviétique eut repris cette expérience comme base de ses
propres recherches sur le béton de sable et le mystérieux mécanisme d'activation par broyage du
mélange sable/clinker.
L'Union soviétique, riche en sable, mais pauvre en gravillons et roches massives sur de
vastes étendues, ne cessa, principalement depuis 1941, de faire du béton composé de sable et d'un
ou deux liants (ciment et chaux), selon les opportunités. Les réalisations sont nombreuses. Citons
parmi bien d'autres :
o Eléments de préfabrications;
o Tunnels et métros (ombrelles d'étanchéité);
o Mobilier urbain et éléments architecturaux;
o Aérodromes, etc.
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IIIIII// CCoommppoossiittiioonn dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee
Le béton de sable a fait l’objet d’une norme expérimentale P18 500 revisée en octobre
1987 par l’AFNOR
Il y a lieu cependant de souligner que les constituants entrant dans la composition d’un
béton de sable sont ceux du béton, produit normalisé.
Un béton de sable est composé : de sable, de fines d’ajout, de ciment et d’eau. Par rapport
a celle composition de base et pour repondre aux besoins de certains usages, d’autres ajouts
spécifiques peuvent être envisagés : gravillons, fibres, adjuvants…
III-1/ Sables
Par sables on entend tous granulats 0/D (plus gros grains) conformes aux définitions des
normes NF P 18 – 101 et NF P 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. D est
inférieur ou égal à 4mm. Mais on peut admettre l’emploi d’un granulat à granulomètrie continue
de 0mm jusqu’à 8mm tant que le rapport ponderal entre les éléments supérieurs à 4mm et les
éléments inféreurs à 4mm reste inférieur à 0.7.
Aucun critère granulométrique n’est a priori exigible pour réaliser un béton de sable : on
peut aussi bien utiliser un sable fin (même homométrique, type sable de dune) qu’un sable
alluvionnaire moyen ou grossier, ou un 0/D de concassage. La seul restriction d’emploi des sables
réside dans leur propreté; si des études ont été faites sur des sables polués, aucune éxperimentation
n’a été réalisée avec de tels sables. Autant que la nature de la pollution, c’est aussi sa variabilité à
l’interieur d’un gisement qui rend l’emploi de tels matériaux difficilement envisageable; si on
arrivait, en effet, par l’emploi d’adjuvants à rendre utilisable un sable du gisement, compte tenu de
cette variabilité. Par ailleurs, les sables riches en fines naturelles nécessitent généralement
beaucoup plus d’eau , ce qui entraine une chute de résistance.
Dans cette étude, il est plus prudent de se borner à l’utilisation de sables propres, tels qu’on
peut les employer pour des formules de béton classique.
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 44
III-2/ Les fines d’ajout (ou additions)
Une qualité essentielle du béton de façon générale est sa compacité.
Les paramètres essentiels qui vont jouer sur la compacité sont :
o la granulométrie du mélange et sa teneur en eau;
o l'énergie de mise en place.
La différence entre un béton classique et un béton de sable réside principalement dans la
granulométrie.
L’optimisation de la compacité en rélation avec la granulomètrie obeit à certaines règles :
les éléments les plus fins se logent dans les vides des éléments les plus gros.
Dans le béton classique , on parle des éléments les plus gros (10 à 20 mm) ils créent
macrovides que l’on peut remplir par du sables et les vides du sables par des fines. Ici ces sont du
ciment, presque la quatité necessaire de ciment pour assurer que la résistance coincide avec celle
qu'il faut en fines pour obtenir la bonne compacité.
Cette concordance entre besoin en fines et dosage en ciment se traduit par la règle :
ou [19] selon l’usage du béton
Tableau n°18 Le dosage minimum en ciment en fonction du diamètre (D) du granulat
employé
Granularité 550 700
0/25 1,904 290 370
0/20 1,821 300 385
0/16 1,741 315 400
0/8 1,516 360 460
BETON
0/6,3 1,445 380 480
0/4 1,320 415 530
0/2 1,149 480 610
0/1 1,000 550 700
MORTIER
Lorsque la valeur de D diminue ( ≤ 6 mm), et c'est le cas du béton de sable, le dosage en
ciment devient très élevé (> 400 kg/m3). En effet, les vides d'un sable sont plus petits, plus
nombreux et, globalement, plus importants que ceux d'un granulat d/D (D > 6 mm). Il faut donc
Etude bibliographique béton de sable 2007
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davantage de ciment pour les remplir : techniquement et économiquement cette règle n'est plus
applicable; il n'y a plus concordance entre dosage en fine et en ciment.
Dans le cas du béton de sable, on comble d'abord une partie des vides du sable par un
filler, et on assure ensuite la rigidité du mélange par un complément en ciment correspondant aux
dosages habituellement employés pour les bétons traditionnels. Dans ces conditions, la règle en 5 D peut encore s'appliquer, en première approximation, non plus au dosage en ciment seul mais
à l'ensemble : ciment + fines.
Cet aspect est pris en compte dans les normes actuelles qui introduisent la notion de liant
équivalent C /KA [20]
ou C : est le dosage en ciment
A : le dosage de l’addition en fines et
k1 : un coefficient de prise en compte de la nature de l’addition
On peut ainsi parler , non plus de E/C (rapport eau /ciment), mais de E/C+k1A [21]
Les dosages en fines d'addition seront souvent importants : entre 70 et 220 kg/m3 et même
au-delà. Par voie de conséquence leurs caractères (nature géologique, forme, etc.) vont influer
grandement sur les caractéristiques de la formule employée.
Pour un dosage constant en fine d'addition, la maniabilité est améliorée quand le rapport
eau/ciment augmente, pour un rapport eau/ciment fixé, la maniabilité dépend de la nature et du
dosage en fines d'addition.
III-3/ Les ciments
Comme pour le béton classique, le ciment utilisé pour la confection d'un béton de sable est
conforme à la norme NF EN 197-1. Le choix du ciment est fait à partir de sa classe de résistance,
de ses caractéristiques d'hydratation, de l'agressivité du milieu... et, d'une façon plus générale de la
composition du béton et: de l'usage auquel on le destine.
III-4/ L’eau
L'eau utilisée pour la confection des bétons de sable est conforme à la norme NF P 18-303.
L'eau efficace comprend, en plus de l'eau de gâchage, une quantité non négligeable d'eau
apportée par les additions, adjuvants et autres ajouts, et surtout par les sables.
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Tableau n°19 Caractéristiques de l'eau exigés selon la norme NFP 18 303
Quand l'une quelconque des limites indiquées dans le Tableau n° 19 est dépassée, l'eau
peut éventuellement être utilisée sous réserve qu'elle satisfasse aux prescriptions concernant les
essais de début et de fin de prise et les essais de résistance. La teneur en chlorure ne doit pas
dépasser 500mg/L. La teneur maximale en ions- soufre est fixée à 0,5%
III-5/ Adjuvants
On utilise dans les bétons de sable les mêmes adjuvants que dans les bétons traditionnels,
et pour en exploiter les mêmes propriétés.
La spécificité du béton de sable privilégie toutefois l'usage de plastifiants ou de
superplastifiants : ils améliorent la maniabilité, le plus souvent avec augmentation de résistance
par suite d'une diminution de la teneur en eau et de la défloculation des éléments fins.
On utilise également pour certains usages des entraîneurs d'air dont l'objectif est de créer
un réseau de microbulles dans le béton de sable pour le protéger du gel (dans la mesure où la
formulation employée est sensible au gel).
La nature et le dosage en adjuvant doivent systématiquement faire l'objet d'une vérification
de laboratoire.
Les adjuvants employés devront par ailleurs être conformes à la norme : NFP 18-103.
CONSTITUANTS Limites en pourcentage de l’eau (en masse)
Insoluble < 0,2
Matières dissoutes < 0,2
Carbonats + bicarbonates alcalins < 0,1
Sulfates en S03 < 0,1
Sulfites en S < 0,01
Sucres < 0,01
Phosphates en P2O5 < 0,01
Nitrates en NO3 < 0,05
Zinc < 0,01
Acidité en pH > 4
Acidité humique pas de coloration brunâtre
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III-6/ Autres ajouts
IIIIII--66--11// LLeess ffiibbrreess
Elles sont surtout utilisées dans le but de réduire le retrait au premier âge: dosage et nature
sont des paramètres très importants pour assurer l'efficacité de cet ajout.
On utilise dans la plupart des cas des fibres organiques (polypropylène) pour contrecarrer
les effets du retrait de prise et éviter la fissuration qui en résulte.
Si l'on veut améliorer la ductilité, on pourra utiliser des fibres d'acier ou des fibres de fonte
amorphe.
IIIIII--66 --22// LLeess ggrraavviilllloonnss
On considére qu’un béton de sable peut contenir un certain pourcentage de gravillons et
conserver sa dénomination de béton de sable. En admettant que les gravillons sont dispersés dans
le sable et ne constituant pas un squelette structure, le comportement reste le même : l’ajout de
gravillons en faible dosage peut amiliorer sensiblement certains caracteristiques : fluage, retrait,
resistance, maniabilité
D’une façon pratique on pourra considérer qu'on a affaire à un beton de sable tant que le
rapport massique G/S (gravillons sur sables) reste inferieur à 0.70
G/S < 0,70
Figure n°07 Proportion du gravillon dans le béton
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IIIIII--66 --33// LLeess ccoolloorraannttss
Les colorants habituellement utilisés dans les bétons traditionnels peuvent également etre
employés pour cetains de usages de béton de sable : ils nécessitent toutefois un soin particulier
dans l’homogénéisation et une formulation appropriée béton de sable pour conserver une stabilité
de la teinte au cours au temps.
Il est à signaler que l’empoi de sables naturels locaux, couplé notamment à l’utilisation de
ciment blanc, procure souvent des teintes très intéressantes, succeptibles de s’insérer
avantageusement dans l’environnement.
IIVV// PPrroopprriieettééss eesssseennttiieelllleess dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee
IV-1/ Propriétés générales
IIVV--11--11// GGrraannuulloommééttrriiee // mmaanniiaabbiilliittéé
Une des particularités des bétons de sable est de nécessiter davantage d'eau que les bétons
classiques; ceci se traduit par des valeurs du rapport E/C (eau/ciment) systématiquement
supérieures à 0,5, ce rapport se situant généralement entre 0,6 et 0,7. Cette particularité est due a
une surface spécifique plus importante du mélange; d'ailleurs, si l'on considère non plus le rapport
E/C, mais le rapport E/C + A (A = Addition en fines), on obtient des valeurs similaires aux bétons
traditionnels. La granulométrie du sable jouera également sur le besoin en eau: plus le sable est
riche en éléments grossiers, plus la maniabilité s'améliore. Ceci se traduit par une relation entre
module de finesse et maniabilité : l’augmentation du module de finesse entraine une diminuation
du temps d’écoulement et donc une amélioration de maniabilité.
Pour chacun des sables l’augmentation de la teneur en fine (diminuation du module de
finesse) entraine une maniabilité moins bonne. Le phenomène n’a pas un caractère systématique.
Il dépend de la nature des fines incorporées: logiquement l’ajout des fines de type spherique en
diminuant la quantité des vides devrait rendre l’eau plus efficace et donc amèliorer la maniabilité
La relation dosage en fines-maniabilité peut dépendre aussi de la nature du sable.
On constate en effet :
• Un comportement différent selon la granulométrie du sable; (la figure 08 montre
l'effet différent de fines calcaires sur un sable alluvionnaire 0/4 et un sable de
dune, à teneur en eau constante)
Etude bibliographique béton de sable 2007
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• Pour le sable de dune, l'ajout de fines entraîne, jusqu'à 200 kg/m3 une chute de
maniabilité ce qui n'est pas le cas pour le sable alluvionnaire (plus compact).
Figure n°08 Influence de la nature du sable sur la maniabilité (avec fines d’addition
calcaires)
• Granulométrie/ resistance
A dosage en ciment constant, la résistance peut être différente en fonction d’un certain
nombre de paramètres et en particulier :
• La finesse de l'addition
Plus l'addition est fine (et bien défloculée) plus elle est efficace au niveau du gain en
compacité (et donc du gain en résistance); ce résultat est valable quelle que soit la granulométrie
du sable; on le constate avec des fines calcaires aussi bien sur un sable alluvionnaire (fig : 9 a) que
sur un sable de dune (fig : 9 b).
( a ) ( b )
Figure n°09 Effets du dosage et de la finesse de d’addition sur la résistance
Etude bibliographique béton de sable 2007
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• La nature de l'addition
A même dosage, la figure 10, permet de constater l'extrême diversité du niveau de
performance atteint selon la nature du filler; si l'addition de fines permet d'améliorer
systématiquement la résistance, ce gain est en effet très variable.
La différence est encore plus considérable si l'on se place à maniabilité constante. Les
fillers les plus efficaces sont ceux qui, hydrauliquement actifs, entraînent également une réduction
d'eau.
Il convient de noter que ces résultats ont été obtenus sans adjuvant et que l'emploi d'un
plastifiant permettrait d'augmenter l'efficacité de certains fillers hydrauliquement actifs mais
nécessitant un besoin en eau important.
Figure n°10 Influence de la nature de l’addition sur le niveau de résistance
• La dimension du Dmax (0/D)
Pour une même valeur du rapport E/C (eau/ciment), on constate (figure: 11-a) que l'effet
du diamètre Dmax du plus gros granulat est peu important et, en tout état de cause, pas
défavorable aux sables. Le seul problème tient à la maniabilité très différente selon les bétons :
très maniable dans le cas d'un 0/20, on aura une maniabilité de type préfabrication dans le cas du
sable.
A même dosage en ciment (Figure :11- b) mais à E/C différent, les différences sont
beaucoup plus importantes. Les maniabilités étant identiques, il faudra beaucoup plus d'eau dans
le cas des sables, ce qui aura pour conséquence une chute de la résistance. Là encore, on pour
minimiser cette chute par l'emploi d'un plastifiant réducteur d'eau.
Etude bibliographique béton de sable 2007
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( a ) ( b )
Figure n°11 Effets de la granularité sur la résistance
IIVV--11--22// PPrroopprriiééttééss ssppeecciiffiiqquueess
• Adhérence aux armatures
Quelques comparaisons ont été trouvée entre les différentes formulations de béton de
sable et un béton témoin traditionnel à l'aide de l'essai pull-ot. Cet essai consiste à mesurer le
déplacement d'une armature, noyée dans le matériau durci, en fonction de l'effort de traction qui
lui est appliqué.
Selon la formulation du béton de sable et donc son niveau de performance, on obtient des
résultats meilleurs ou moins bons que le béton de référence (Figure :12). Il est vraisemblable que
les mêmes variations de composition appliquées à ce béton auraient mené à des écarts du même
ordre. Ce qui conduit à penser que les bétons de sable ne se distinguent pas particulièrement, sur
cet aspect, des bétons classiques.
Si l'on considère les résultats de cet essai pour les petites déformations (partie initiale), on
constate que la contrainte correspondant au même niveau de déformation (50 microns) est d'autant
plus forte que la résistance en traction du béton de sable est élevée
Enfin, la granularité du béton de sable n'est pas un élément essentiel, puisque, à même
niveau de résistance, l'adhérence avec un sable dunaire très fin a été supérieure à celle obtenue
avec un sable alluvionnaire.
Etude bibliographique béton de sable 2007
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• Tenue en fatigue
Le comportement en fatigue des bétons de sable est important à connaitre pour le
dimensionnement des chaussées.
Ce dimensionnement s'effectue en effet à partir de la contrainte qui, appliquée au matériau,
provoque sa rupture au bout de 106 chargements; l'essai est réalisé sur éprouvette trapézoïdale
encastrée à la base et sollicitée en tête.
L'essai est réalisé à différents niveaux de contrainte; à chaque niveau de contrainte
correspond un nombre N de sollicitations provoquant, la rupture de l'éprouvette et correspondant à
sa durée de vie : c'est la courbe de fatigue (linéaire en coordonnées semi-logarithmiques).
De cette courbe on déduit la valeur : cette valeur permet de calculer la contrainte
admissible pour le matériau, et, par là, l'épaisseur à adopter.
Figure n°14 Courbe de fatigue
Figure n°12 Variation de l’adherence d’une armature en fonction de la formulation
Figure n°13 Influence de la résistance en traction du béton de sable sur l’adhérence des armatures
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Les mesures réalisées ont permis de constater que le béton de sable avait un comportement
analogue à celui des matériaux traités aux liants hydrauliques pour assises de chaussée. A savoir :
Si l'on pose
Rt = résistance en traction directe
Rf = résistance en flexion
6σ = résistance en flexion pour un million de chargement.
On a,
[22]
• Retrait et fluage
Des essais de retrait et de fluage ont été réalisés sur béton de sable en comparaison avec un
béton classique.
Pour ce qui est du retrait, ils ont permis de constater (Figure : 15) que, lorsqu'on isolait le
matériau de l'extérieur (milieu étanche), le retrait, dit d'auto-dessiccation, du béton de sable était
voisin de celui du béton traditionnel. Si on laisse le béton sécher (milieu non étanche) le retrait du
béton de sable peut atteindre des valeurs doubles de celui d'un béton classique (Figure :16) Le
phénomène a été expliqué et est lié, vraisemblablement, à une distribution et une taille des vides
différentes entre les deux matériaux.
Figure n°15 Retrait d’auto-dessiccation. Figure n°16 Retrait total
On observe en matière de fluage : une variation semblablement à la structure du materiaux
qui conditionne par ailleurs les valeurs du module d’élasticité¸ les differences entre béton de sable
et béton classique (le module de béton de sable étant plus faible)
Etude bibliographique béton de sable 2007
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Il faut signaler toute fois que des résultats comparatifs ont été faits à un module de
resistance en compression de 25 MPa et qu’en matière de fluage notament un béton de sable plus
résistant n’a pas le même comportement : fluiage plus faible, voisin de celui d’un béton classique
L’hypothèse ont confirmé, cette hypothèse (Figure :18) puisque, en passant de 25 à 50
MPa. On divise le fluage par 5. Au même niveau de résistance dans ce cas 50MPa, le fluage du
béton de sable n'est supérieur à celui d’un béton classique de même niveau de résistance que de
20%.
Figure n°17 Fluage d’auto-dessiccation Figure n°18 Fluage total
• Durabilité des béton de sable
Conventionnellement, la durabilité d'un béton est reliée à ses capacités d’echange avec le
milieu extérieur. De ce fait, il est évident que les paramètres tels que porosité, organisation
géométrique des pores et perméabilité sont des paramètres physiques de premier ordre de la
durabilité. De même, les phénomènes internes tels que l'alcaliréaction ou l'attaque sulfatique
différée sont aussi des processus d'altération du béton accélérés par les échanges hydrauliques
avec le milieu extérieur.
La tenue d'un béton vis-à-vis des phénomènes d'échange dépend aussi de l'environnement
de celui-ci, raison pour laquelle l'estimation de la durabilité s'effectue généralement par un ou
plusieurs essais suivants, selon l'environnement prévisible du matériau (milieu urbain, région
montagneuse, milieu marin, ambiances agressives...) :
o perméabilité à l'air et à l'eau ;
o gel-dégel ;
o carbonatation ;
Etude bibliographique béton de sable 2007
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o pénétration des ions chlorure.
D'une façon générale, les bétons de sable sont plus poreux que les bétons traditionnels :
s'ils ont d’avantage de vides, la taille et le nombre de ces vides se distinguent de ceux du béton
traditionnel; ils sont plus nombreux, plus petits et davantage monodimensionnels. Leur nombre
plus élevé entraîne une probabilité de colmatage plus fréquente et plus aisée compte tenu de leur
faible taille.
• La resistance au délavage du béton de sable
Le délavage se manifeste sur des bétons frais, immergés, et se traduit sous forme de perte
de cohésion entre les éléments les plus grossiers et les éléments plus fins du béton, ces derniers
étant entraînés par l’eau pour limiter ce phénomène qui, pour des coulages sous l'eau, tend à
produire des bétons sans cohésion ni compacité, et donc impropres à leur destination, des
adjuvants anti-délavage peuvent être utilisés.
Mais il est également possible d'affiner la composition, notamment la granulométrie¸ en
particulier les bétons de sable, par leur finesse et leur meilleure homogénéité ont paru aptes à bien
résister au délavage : celle aptitude a effectivement été constatée lors de chantiers de coulage de
bêtons de sable immergés (comblement de cavités sous piles de pont par exemple), et elle a été
mise également en évidence en laboratoire.
• Phénomènes de ségrégation des constituants
Leur faible étendue granulometrique et donc leur plus grande homogenéité, combinées à
une bonne maniabilité, confèrent aux bétons de sable un meilleur comportement que les bétons
traditionnels vis-à- vis des phénomènes de ségrégation.
Cette faculté a pu être mise en évidence à travers des expériences comparatives sur des
bétons de sable et des bétons classiques équivalents, avec des plasticités et des modes de mise en
œuvre variables.
• Influence de lʹajout de gravillons
L'idée d'incorporer des gravillons dans une composition de béton de sable peut surprendre,
ou paraître contradictoire avec la volonté d'utiliser ce type de béton; un tel ajout ne modifiait pas
les propriétés spécifiques du béton de sable, pour peu que le dosage en gravillons soit faible.
Etude bibliographique béton de sable 2007
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Un tel ajout a par contre un effet benefique sur certaines caractèristiques notament le
fluage. Il a paru interessant de vérifier cet effet sur d’autre caractéristiques des bétons de sable et
en particulier la resistance à l’attrition
Une étude a été faite en laboratoire pour quantifier ces effets avec des ajouts de gravillons
6/10 de trois natures différentes.
Les quantités de gravillons 6/10 ajoutés ont volontairement été limitées a des taux faibles,
le rapport G/S (gravillons/sables) variant entre 0 et 0,7% dans cet intervalle, la charge en
gravillons est suffisamment faible pour ne constituer qu'un ajout de composition, sans réellement
avoir un effet structurant. La formulation et le comportement de tels bétons de sable chargés
restent ceux d'un béton de sable et non ceux d'un béton traditionnel (pour lequel G/S est en général
supérieur à 1,5 sans descendre en-deçà de 1,2).
• La résistance aux chocs :
La particularité des bétons de sable de mieux résister aux chocs, constaté empiriquement,
a été attribuée a une structure plus fine et plus homogène, permettant de mieux répartir les
impacts et d'éviter les éclatements que l'on observe sur les bétons classiques, facilités par le
déchaussement des gros granulats sous l'effet du choc.
Cette propriété a été étudiée à l'aide de l'essai Los Angeles sur des cubes obtenus par
sciage : l'influence de l'ajout de gravillons n'est favorable que jusqu’à G/S = 0,25; au-delà le gain
est peu sensible et l'influence est même négative à partir de G/S = 0,75 où la teneur en gravillons
commence à avoir le même effet que sur un béton traditionnel.
• La résistance à Attrition :
Quantifiée à l'aide de l'essai Deval, on peut constater que, comme il était prévisible, l'ajout
de gravillons, quelle qu’en soit la nature, améliore sensiblement (jusqu'à 50 %) cette
caractéristique. Au-delà de G/S = 0,5, il n'y a plus d'amélioration.
• La résistance à la compression :
Un ajout de gravillons avec G/S = 0.25 se révèle très valorisant; au-delà de 0,25
l'influence est beaucoup moins significative.
• Le module d'élasticité :
Les bétons de sable ont des modules d'élasticité plus faibles que ceux des bétons classiques
: c'est une donnée générale des matériaux granulaires 0/D pour lesquels le module diminue
lorsque le Dmax diminue.
Etude bibliographique béton de sable 2007
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L’ajout de gravillons fait varier le module de la même façon que la résistance en
compression, le gain étant encore plus net quand G/S passe de 0 à 0,25 et l'absence d'influence
encore plus grande au-delà.
• Comportement thermique
La réaction d'hydratation du ciment est très exothermique (40 à 60J/g). Ceci provoque, lors
de la mise en œuvre du béton, des élévations de température pouvant atteindre 50 °C au cœur de
pièces massives. Lors du refroidissement, les variations de température sont à l'origine de
contraintes mécaniques, ce qui peut conduire à la fissuration des pièces.
Pour dimensionner une structure, la prévision et la prise en compte du champ des
températures à l'intérieur d'un béton font l'objet de logiciels de modélisation et de calcul qui
nécessitent de connaître un certain nombre de caractères thermiques du béton, et notamment :
• L’exothermie
Traduction des températures atteintes et de leur cinétique dans un béton (mesures
effectuées sur éprouvettes à l'intérieur d’un calorimètre);
Le coefficient global de chaleur : il traduit la densité du flux thermique d'une pièce en
béton soumise à des sources de chaleur dans diverses conditions;
• La chaleur massique
La chaleur massique ou quantité de chaleur nécessaire pour élever 1g de matériau de 1 °C,
qui traduit l'inertie thermique;
• La conductivité thermique
La conductivité thermique, qui caractérise la capacité d'un matériau à conduire la
chaleur;
• Le coefficient de dilatation thermique
Le coefficient de dilatation thermique, qui traduit les allongements en fonction de la
température et qui est très utile au dimensionnement des ouvrages, notamment pour l'espacement
des joints de dilatation;
Etude bibliographique béton de sable 2007
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HAPITRE VI / PREPARATION ET FABRICATION DU BÉTON DE SABLE
II// FFaabbrriiccaattiioonn -- TTrraannssppoorrtt
I-1/ Approvisionnement, stockage, manutention
II--11--11// SSaabblleess
Si un stockage primaire en tas du ou des sable(s) n'est pas à prescrire, il doit lui être préféré
un stockage en trémies qui permet plus facilement d'éviter les risques de pollutions et de
ségrégation.
Toutes mesures propres à éviter les risques excessifs de ségrégation notamment pour les
sables fillérisés, seront prises.
Les tapis d'alimentation et les trémies seront conçus pour limiter les aléas climatiques
(humidification...). En effet, les fluctuations rapides de teneur en eau sont mal prises en compte
par les sondes hygrométriques (résistives ou capacitives) dont la précision est médiocre (de l'ordre
de 1 point par rapport à la valeur indiquée et pour des teneurs eu eau inférieures à 12 %).
Ces recommandations, si elles sont valables pour tous bétons, sont primordiales pour les
bétons de sable, car dans les bétons classiques, la présence de gravillons dont la teneur en eau
varie généralement dans la gamme 1-5 % limite l'incidence des variations de teneur en eau des
sables qui varie dans la gamme 1-16 % selon leur origine et leurs modes de stockage.
II--11--22// CCiimmeenntt aaddjjuuvvaannttss
Les mêmes modalités que pour les bétons classiques sont à appliquer
II--11--33// AAddddiittiioonnss
Les additions, qu'elles soient types fillers (calcaires ou siliceux) ou active (cendres
volantes, fumée de silice...), doivent toujours être stockées en silos comme les ciments et avec les
mêmes équipements (vibreurs, systèmes anti-voûte, systèmes de sécurité, détecteurs de niveaux).
CHAPITRE VI / PREPARATION ET FABRICATION DU BÉTON DE SABLE
Etude bibliographique béton de sable 2007
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II--11--44// EEaauu
Dans l’état actuel des connaissances, les eaux recyclées doivent être évitées pour la
confection de béton de structure, même en cas de stockage en cuve agitée en permanence.
I-2/ Dosage des constituants
Les sables, ciments et additions doivent être de preference dosés pondéralement. L’eau et
les adjuvants peuvent être dosés en poids ou en volume.
Dans tous les cas, les équipements et les diverses opérations de dosage doivent permettre
de respecter les précisions spécifiées.
Les bornes qui peuvent être requises pour le dosage des matériaux constitutifs sont incluses
dans la norme P 18-305.
Le ciment et les additions sèches doivent être dosés sur une ligne distincte de celles des
sables. Lorsque les différents sables sont pesés sur un même instrument de pesage, ils le sont
successivement, soit séparément, soit cumulativement.
Les différents types d'adjuvant ne peuvent être dosés sur le même appareillage que si
toutes les précautions sont prises pour éviter les risques de contaminations.
I-3/ Malaxage
II--33--11// DDuurrééee dduu mmaallaaxxaaggee
La durée du malaxage des bétons de sable comme de tout béton doit être suffisante pour
obtenir l’homogénéité des constituants
Certaines études démontrent que cette durée n’a pas lieu d’être systématiquement plus
élevée que celle adoptée pour les bétons traditionnels car cela dépend essentiellement du matériel
disponible. En effet la dispersion des éléments fins s’effectue sans difficulté particulière dans les
malaxeurs classiques. Il est même déconseillé d’augmenter la durée du malaxage car l’air peut en
résulter avec les conséquences qui en découlent (microbullage interne, …). En général, la durée de
malaxage en usine est de l’ordre de 30secondes
Toutefois, sur certains chantiers (routiers par exemple) la durée de malaxage du béton de
sable a dû étre augmentée.
Etude bibliographique béton de sable 2007
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II--33--22// SSééggrrééggaattiioonn
Les risques de ségrégation lors du malaxage, par séparation des granulats de dimensions
très différentes sont, par la nature même des bétons de sable, moindres que dans les bétons
traditionnels.
Les malaxeurs pour lesquels le mélange est assuré par déplacement des matériaux les uns
par rapport aux autres (palette, cuve tournante..,) sont préférables aux bétonnières où seule l'action
de la pesanteur est utilisée.
II--33--33// MMooddaalliittééss ddee mmaallaaxxaaggee
Comme pour les bétons traditionnels, les constituants « actifs » (ciment, addition) doivent
être introduits en dernier dans les mélangeurs, immédiatement avant l'eau.
Certaines techniques particulières comme la confection préalable d'un coulis introduit
ensuite dans le mélange granulaire sont possibles, sous réserve de mis au point préalable.
Compte tenu de l'importance relative plus élevée que dans les bétons classiques de la
quantité d'eau apportée par les sables et éventuellement les additions humides, il est essentiel de
bien connaître cet apport d'eau.
Il en découle que dans les usines de préfabrication confectionnant toujours le même béton,
il est judicieux d'employer des appareils de conduite permettant de contrôler en continu la
consistance des bétons frais (wattmètre...).
Bien entendu, comme pour les bétons classiques, la faculté d'absorption d'eau dans les
sables doit être connue pour pouvoir être maîtrisée.
I-4/ Transport Pompage
II--44--11// TTrraannssppoorrtt
Le transport du béton de sable du lieu de production au lieu d’utilisation s’effectue par les
mêmes moyens que les bétons classiques.
Bien que les bétons de sable soient généralement très plastiques, les risques de ségrégation
pendant les transports sont faibles, compte tenu de l’homogénéité granulaire des matériaux.
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 61
II--44--22// PPoommppaaggee
L'un des avantages du béton de sable par rapport aux bétons traditionnels est sa grande
aptitude à être aisément pompé.
En effet, les qualités facilitant les pompages sont :
• La granularité continue du mélange;
• La bonne cohésion et faible ressuage;
• La plasticité élevée (affaissement > 10 cm).
Les pompes à piston ou pneumatiques sont utilisables dans les mêmes conditions que pour
les bétons traditionnels.
Les grandes maniabilités des bétons de sable permet d'augmenter les longueurs de
pompage (horizontal ou vertical) et d'utiliser des pompes plus " rustiques » (type péristaltique,
avis, etc.).
IIII// MMiissee eenn ooeeuuvvrree
II-1/ Préparation des coffrages
Les dimensions des granulats et les consistances généralement très plastiques voir fluides
des bétons de sable nécessitent d'apporter un soin particulier à la préparation des coffrages, afin
que les avantages des béton de sable en ce qui concerne les parements soient bien obtenus.
La propreté et surtout l'étanchéité devront être strictement vérifiées.
II-2/ Vibration - Surfaçage
Bien que la consistance des bétons de sable soit telle qu'une mise en place par simple
étalement puis piquage puisse se concevoir. Il est toujours préférable de procéder à une vibration,
interne ou externe selon les cas, afin d'obtenir la compacité maximale par élimination des vides
d'air et pour assurer un parfait remplissage des coffrages ou des moules, notamment en cas de
ferraillage important ou de formes compliquées.
Même si l'étendue granulométrique des bétons de sables limite le risque de ségrégation, il
ne faut pas trop les vibrer, car cela pourrait favoriser les remontées d'eau, les bétons de sable ayant
souvent des consistances plastiques ou très plastiques.
Comme pour les bétons avec gravillons, la vibration est d'autant plus efficace que sa
fréquence est élevée, en revanche le rayon d'action diminue. L'énergie étant transmise par action
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 62
physique, il est préférable de déplacer plus souvent l'aiguille vibrante dans les bétons de sable (un
peu comme pour les bétons légers).
Les bétons de sable se mettent en place facilement aussi bien sur site qu'en usine de
préfabrication; aussi, les durées de vibration , toutes choses égales par ailleurs (consistance...),
sont sensiblement inférieures à celles des bétons avec gravillons pour obtenir des résultats
comparables.
Cet avantage peut être quantifié par calcul des temps de vibration tel que proposé par G.
Dreux.
K6, K7 et K8 : Coefficients;
A1 : affaissement au cône
G : coefficient granulaire
Comme le coefficient G des sables (même concassés) est nettement inférieure a celui des
gravillons (rapport de 1 à 3 environ), les temps de vibration des bétons de sable seraient selon
cettee hypothèse réduits d’environ 25%.
II-3/ Joints de reprise
Comme les bétons de sable sont souvent utilisés pour obtenir de beaux état de surface, il
est nécessaire d'être très attentifs aux joints de reprise du bétonnage.
De la même manière que les bétons classiques, les joints de reprise seront de préférence
perpendiculaires au sens des contraintes et suivront des formes rectilignes de l'ouvrage
(décrochement, faux joints...).
II-4/ Parement
L’esthétique des ouvrages est un caractère de plus en plus fréquemment pris en compte. A
cet égard, les bétons de sable sont particulièrement favorables car il est possible d'obtenir des
surfaces très soignées sans techniques trop sophistiquées.
Lors de la confection des bétons de sable, un malaxage trop prolongé peut induire des
microbullages qui peuvent être négatifs vis-à-vis de la qualité des parements.
Les facteurs qui conditionnent l'aspect des parements sont identiques à ceux des bétons
avec gravillons, c'est-à-dire :
[23]
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 63
o Qualité, couleur, dosage en ciment et en addition;
o Nature, granulométrie et couleur des sables;
o procédés de mise en œuvre (coulage en place, préfabrication...). Les traitements de surface classiques (bouchardage, lavage, désactivation, sablage...), s'ils
restent possibles avec les bétons de sable, sont généralement peu judicieux.
IIIIII// CCoonnttrrôôlleess
III-1/ Généralités
IIIIII--11--11// PPrrééaammbbuullee
D’une manière générale, l'objectif des contrôles est de s'assurer de la conformité des
ouvrages avec les exigences essentielles de ceux-ci
La satisfaction de cet objectif repose sur deux axes complémentaires :
• une organisation de la qualité;
• un contrôle de produits
Le contrôle est d’ailleur une partie intégrante du système d’assurance de la prédite des
entreprises de construction ou celles de production de bétons. Les recommendation suivantes ne
concernent que l’organisation de la réalisation des contrôles internes sur béton de sable
IIIIII--11--22// TTyyppeess dd’’eessssaaiiss
Les contrôles sur les bétons de sable, comme pour tout béton, comprennent la vérification
de toute la chaîne d’élaboration des produits puis la vérification de ces dérniers. Les principaux
points sont :
• contrôles de la qualité des constituants;
• contrôles des matériels de confection des bétons;
• contrôles des bétons frais;
• contrôles des bétons durcis.
Rappelons que plusieurs types d'essais sur bétons durcis sont à concevoir selon les
objectifs :
• essais de recherche;
• essais d'étude, de convenance et de contrôle;
• essais d'information.
Les commentaires suivants sont principalement relatifs au deuxième groupe.
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 64
III-2/ Contrôles avant durcissement du béton
IIIIII..22..11// CCoonnssttiittuuaannttss
• Ciment, adjuvant, eau
Les modalités de contrôle sur les ciments, les adjuvants et les eaux de gâchage ne se
différencient pas, pour les bétons de sables, de celles adoptées pour les bétons avec gravillons.
• Sable
L'attention doit être apportée au contrôle des sables et notamment leur régularité tant en
granulométrie (constance du module de finesse) qu'en propreté (ESv, valeur au bleu...).
En particulier, il est impératif de contrôler la granulométrie, afin de la maîtriser en
permanence, la teneur en filler dans le cas de sable fillerisé (sable de broyage par exemple) ou à
teneur élevée en éléments inférieurs a 80 m.
• Fillers
Dans l'attente de la mise en place effective d'une certification sur les additions, les fillers
qui font la particularité même de la composition des bétons de sable doivent être particulièrement
suivis.
Comme pour tous les autres constituants, le caractère essentiel à vérifier est la régularité
des caractéristiques (granulométrie, finesse…)
De plus, leur nature minéralogique doit être connue et suivi car pour certains (fillers
calcaires dolomitiques par exemple) leur emploi peut être exclu
IIIIII..22..22// DDoossaaggee ddeess ccoonnssttiittuuaannttss
Quelle que soit la méthode de dosage des constituants (pondéral ou volumètrique), des
procedures de suivi de la précision des dosage doivent étre prévues comme pour les bétons
traditionnel.
IIIIII..22..33// CCoonnttrrôôlleess ddeess bbééttoonnss ffrraaiiss
Les méthodologies d'essais sur béton de sable (analyse, densité, consistance, air occlus)
sont identiques à celles adoptées pour les bétons classiques.
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 65
La consistance des bétons frais peut parfaitement être estimée par les méthodes habituelles
(affaissement au cône, table à secousse, …)
Néamoins, il est generalement admis que les bétons de sable ont une mise en place dans les
coffrages plus aisée que les béton classiques. En conséquences, un décalage d'une classe (P 18 -
010) , soit environ 5 cm d'affaissement au cône, peut être adopté en ce qui concerne l'interprétation
des résultats.
Tableau n°20 : Interpretation vis-à-vis des moyens de mise en place
Appellation P 18 010
Affaissement Au cône
(cm) Bétons classiques Bétons de sable
Ferme 4 Vibration très ferme Vibration
Plastique 5 à 9 Vibration Vibration légées (ou)
piquage)
Très plastique
10 à 15 Piquage (ou légère
vibration) (1)
Fluide 16 (1) (1)
(1) Aucune exigence quant à la mise en place (béton « coulant »).
Bien évidemment, les natures des essais et leur fréquence sont fonction de l'ouvrage réalisé
(un béton pour poutre précontrainte est à contrôler plus fréquemment qu'un béton de remplissage
par exemple).
Pour des usages particuliers, bétons routiers par exemple, des mesures de ressuage et de
teneur en air occlus peuvent être nécessaires.
III.3/ Contrôles sur béton durci
IIIIII..33..11// TTyyppeess dd''éépprroouuvveetttteess
Les éprouvettes généralement employées pour contrôler les résistances des bétons sont des
cylindres ; h = 32 cm ou des prismes 10 x 10 x 40 cm.
Cependant, dans le cas particulier des bétons de sable, compte tenu de l'absence de
gravillon, le critère permet parfaitement d'employer des cylindres ; h = 22 cm,
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 66
donc de taille et de masse plus faibles, et ce, sans conséquences négatives sur la représentativité
des résultats,
Rappelons que comme pour les bétons classiques la nature du moule (plastique,
métallique, carton) peut dans certains cas influer sur les résistances mesurées.
Les méthodologies de confection et d'essais (surfaçage, conservation, rupture) ne sont pas
différentes de celles des bétons avec gravillons.
IIIIII..33..22// FFrrééqquueennccee dd''eessssaaiiss
Comme pour les essais sur bétons frais, les fréquences de contrôles des bétons durcis
dépendent de l'ouvrage; le DTU 21*, par exemple, prévoit cinq types de chantiers avec des
niveaux de contrôles différents.
Il appartient au cahier des charges de fixer la fréquence des essais de réception, notamment
en fonction des caractéristiques de l'ouvrage.
Compte tenu de la spécificité des bétons de sable, dans le cas où la résistance est le critère
de base, et s'il s'agit d'une fabrication en continu par le BPE, par exemple, une fréquence de
contrôle d'un prélèvement tous les 500 ± 150 m3 paraît suffisante. Pour des productions
discontinues, cette proposition de fréquence doit être adaptée.
III.4/ Autres essais sur bétons
Tous les essais sur bétons durcis qui s’appliquent aux bétons classiques peuvent être
utilisés pour tester les bétons de sable.
IIIIII..44..11// EEssssaaiiss nnoonn ddeessttrruuccttiiffss
Les principaux sont :
• Masse volumique apparente;
• Module d'élasticité dynamique par mesure de la fréquence fondamentale de
résonance;
• Vitesse de propagation du son.
Les essais au scléromètre peuvent être envisages sous réserve, comme pour les bétons avec
gravillons, d'un étalonnage préalable.
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 67
IIIIII..44..22// DDééffoorrmmaattiioonnss
La connaissance de certains caractéristiques (module, fluage) est nécessaire pour le calcul
d'ouvrage en béton; certains essais de déformations comme les retraits (ou les gonflements) sont
particulièrement importants.
En effet, les bétons de sable ayant généralement, de par leur structure fine, et donc leur
dosage en eau souvent plus élève, des variations dimensionnelles sous charge nettement plus
élevées (sauf mise au point de formulation particulière) que celles des bétons avec gravillons, Il
est fondamental de les connaître afin de pouvoir prendre les mesures nécessaires (augmentation du
nombre de joints, cure...).
IIIIII..44..33// AAddhhéérreennccee
L'adhérence des bétons de sable, vis-à-vis soit des armatures soit d'un support (béton de
sable projeté), est un caractéristique important a connaître.
IIIIII..44..44// AAuuttrreess eessssaaiiss
D'autres essais particuliers peuvent dans certains cas être nécessaires, comme par exemple
les mesures de résistance aux chocs, de gradient thermique ou de résistance à l'attrition. Dans de
tels cas, des méthodologies spécifiques sont généralement conçues.
III.5/ Essais de durabilité La durabilité des bétons en général est un critère qui est devenu capital compte tenu
principalement des réductions de dosages en ciment et de l'utilisation de plus en plus inévitable de
matériaux potentiellement réactifs.
IIIIII..55..11// EEnnvviirroonnnneemmeennttss
La norme ENV 206 a introduit la notion d'environnement qui a été reprise dans le projet
de norme P 18-305 relative au BPE et qui sera reproduite dans la norme générale « béton » en
cours de rédaction.
Ces environnements sont :
o Sec;
o Humide (avec gel faible, modéré ou sévère);
o Humide avec gel et produits dégivrants;
o Marin (sans gel ou avec gel);
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 68
o Agressifs (au sens chimique).
IIIIII..55..22// PPoorroossiittéé,, ppeerrmmééaabbiilliittéé,, ccaappiillllaarriittéé
Les bétons de sable sont susceptibles, de par leur nature, d'avoir des porosités plus élevées
que celles des bétons avec gravillons; Il en découvre que la connaissance et le contrôle de cette
caractéristique (proportion de vide dans le béton) de même que la perméabilité a l'eau on a l’air
(transfert d’eau à travers le béton) en régime permanent et la capillarité remontée d’eau dans le
béton) peuvent être nécessaires en cas d’ambiance agressive de types d'environnements 4 ou 5.
IIIIII..55..33// CCoorrrroossiioonn,, ccaarrbboonnaattaattiioonn
Les techniques d'essais de corrosion, de carbonatation, de pénétration des chlorures, de
résistance aux sulfates sont indépendantes du type de béton, avec ou sans gravillon.
IIIIII..55..44// AAllccaallii--rrééaaccttiioonn
Compte tenu de la possibilité d'emploi de sables peu ou pas utilises jusqu’à présent ou
élaborés à partir de roches massives. Il est nécessaire de vérifier leur potentialité de réactivité avec
les alcalins des éléments
La norme P 18-310 explicite la démarche pour tester les matériaux et définit techniques
palliatives éventuellement necessaires.
IIVV// FFoorrmmuullaattiioonn eett eessssaaii ((RRééff :: NNFF PP 1188 550000))
III.5/ Formulation
Il y a une méthode de formulation de béton de sable proposée par la norme NF P 18 500 ;
mais on peut utiliser quand même les méthodes applicables aux bétons traditionnels
On retrouve pour les bétons de sable les mêmes données de base et les même données
complémentaires que celle des bétons traditionnels. Les proportions des differents constituants
sont déterminées soit par une étude, soit par une experimentation préalable dans les mêmes
conditions que celles du chantier visé.
Il faut aussi tenir compte, comme pour les bétons traditionnels, des actions physique et
chimique dues à l’environnement auxquelles ils sont exposés. Selon la classe d’environnement du
béton durci et selon le type de béton de sable (non armé, armé, précontraint) les spécifications
applicables au béton de sable sont conformes à celles pour le béton par la norme P 18 305 (voir
annexe)
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 69
III.5/ Essais
Les bétons de sables sont soumis aux mêmes dispositions que les bétons traditionnels aussi
bien pour les études et les convenances que pour les contrôles.
L’utilisation d’éprouvettes differentes de celles utilisées pour les bétons classiquess est,
lorsqu‘elle est permise par les normes d’essai, subordonnée à l’établissement de coefficent de
conservation.
VV// PPrroopprriiééttééss ddeess bbééttoonnss ddee ssaabblleess eett mméétthhooddeess ddee vvéérriiffiiccaattiioonnss
(Réf : NF P 18 500) Les propriétés du béton traditionnel, frais ou durci, et les méthodes de verification de ces
propriétés sont pratiques pour les bétons de sable.
La classification des bétons en classes de consistance ou en classes de résistance s’applique
de la même façon aux bétons de sable.
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 70
CHAPITRE VII / PRATIQUES D’UTILISATION DES BETONS DE SABLE
II// IInnttrroodduuccttiioonn
Les beton de sable peuvent utilisés dans tous les domaine du génie civil; leur composition
depend suivant leur usage et l’exigence du cahier de charge.
Les grands domaines d'utilisation des bétons de sable ont été abordés dans le présent
chapitre sont:
o fondations;
o bâtiment;
o voirie et construction routière;
o Ouvrages d'art;
o Accessoires de VRD.
IIII// FFoonnddaattiioonn
Cette partie aborde l’utilisation du béton de sable dans le domaine des fondations
d’ouvrages (bâtiment, ouvrages d’art, ouvrages maritimes…)
Les fondations profondes d’une part, les réparations et reprises en sous acier d’autre part,
sont plus particulièrement développées. Ces réalisation relèvent en effet de « béton spéciaux » mis
en œuvre avec des matériels et selon des procédés spécifiques, couvrant dans leur ensemble toute
une technologie pour laquelle le béton de sable offre des propriétés parfaitement adaptées.
II.1/ Fondations superficielles
L’utilisation du béton de sable pour la réalisation de fondation superficielles (.semelles,
radiers...) coulées à l'intérieur de coffrages ou en pleine fouille, à l'abri de la nappe ou hors d'eau,
est semblable a celle du béton traditionnel, qu’il s’agisse de fondations d'ouvrages de génie civil
ou des fondations de bâtiments. Les méthodes de dimensionnement et de conception, ainsi que les
dispositions constructives restent applicables.
Pour les fondations superficielles qui en certaines circonstances peuvent être coulées sous
l'eau (caisson...) les conditions d’utilisation de béton de sable sont identiques, tant au point de vue
CHAPITRE VII / UTILISATION DES BETONS DE SABLE
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 71
des caractéristiques que des moyens à mettre en œuvre, à celles décrites et après pour les
fondations profondes qui utilisent la technique du tube plongeur.
II.2/ Fondations profondes
IIII..22..11// GGéénnéérraalliittééss
Un chantier de bétonnage de pieux ne peut se concevoir comme chantier de
superstructures, non seulement parce que les matériels et les méthodes de travail diffèrent, mais
aussi parce que le béton de pieu présente lui-même sa spécificité.
Ainsi l'ouvrage « Les pieux forés Respect des règles de l'art » énonce les caractéristiques
fondamentales suivants des bétons pour pieux exécutés en place :
o fluidité, bonne faculté d'écoulement et de serrage sous son poids; prise lente et contrôlée,
o résistance à l'agressivité du milieu par une compacité élevée et une bonne imperméabilité,
o bonne performances mécaniques.
Le béton de sable, de par sa conception et sa composition, répond parallèlement aux
conditions évoquée ci-dessus.
IIII..22..22// CCaarraaccttéérriissttiiqquueess ddeess bbééttoonnss ddee ppiieeuu ppoouurr rrééppoonnddrree aauuxx ccoonnttrraaiinntteess dd’’eexxééccuuttiioonn
Ainsi qu’indiqué précédemment les caractérisatiques fondamentales sont par ordre
prioritaire, les suivantes :
• Fluidité ou maniabilité:
Elle sera obtenue par l’utilisation d’adjuvant, et non par augmentation abusive ou
incontrôlée de la quantité d’eau. Si elle entraîne une meilleure fluidité, ne peut par ailleurs que
nuire aux autres caractéristiques du béton.
• Ségrégation:
Outre le risque d’une ségrégation naturelle liée à la présence de gros éléments, le
phénomène de ségrégation peut être provoque par l’existence de cages d’armatures, et même
accentué par la présence d’eau ou de boue (risque de délavage du béton, d’où présence de nids ce
cailloux…). Cette « perte de fines « tant redoutée justifie à elle seule les dosages élevés en ciment
(400kg/m3 le plus souvent) qui sont retenus au titre de la sécurité, et reconnus comme devant
notamment palier la délicate opération de mise en œuvre au tube plongeur,
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 72
De ce point de vue, le béton de sable, outre sa forte teneur en éléments fins, présente
naturellement une homogénéité et une cohésion qui lui assurent un meilleur comportement que le
béton traditionnel face au risque connu de ségrégation .
• Le bétonnage proprement dit
Le bétonnage proprement dit et certaines opérations qui lui succèdes, comme par exemple
l’extraction du tube de travail et la remontée du tube plongeur, impliquent à la fois un déroulement
rapide de la mise en œuvre et une prise différée du béton, obtenue par un choix judicieux de
ciment et l'emploi éventuel d'un retardateur.
• Compacité et imperméabilité
Compacité et imperméabilité qui vont de pair sont difficiles à obtenir car le teneur en eau des
bétons pour pieux est souvent élevée : comme pour les bétons traditionnels, l'emploi d'adjuvant
réducteur d'eau se révèle indispensable dans les bétons de sable pour pieux
• Les performances mécaniques
La bonne compacité du béton de sable, obtenue grâce à la forte proportion en éléments fins
(ciment et fines d'addition notamment) ainsi qu’à l’utilisation systématique d'adjuvant plastifiant
réducteur d’eau, conduit normalement à des caractéristiques mécaniques tout à fait suffisantes.
IIII..22..33// TTeecchhnniiqquuee ddee mmiissee eenn œœuuvvrree
Les trois moyens employés pour la mise en œuvre du béton dans le forage, après mise en
place de la cage d’armatures sont le tube plongeur, la pompe associée au tube plongeur et la benne
à ouverture commandé. Ce dernier moyen, qui fut utilisé plus particulièrement pour les fondations
de grand diamètre (caisson, enceinte, grand barrage…) est aujourd’hui, compte tenu de son
rendement un peu faible, de plus en plus remplacé par la pompe.
IIII..22..44// CCaass ppaarrttiiccuulliieerr ddeess ppiieeuuxx mmoouullééss eexxééccuuttééss àà llaa ttaarriièèrree ccrreeuussee ccoonnttiinnuuee
Lorsque le forage est réalisé à la tarière creuse (à vis simple ou double) le béton est alors
mis en place par l'âme creuse de la tarière continue au fur et à mesure de son extraction. Ainsi le
béton prend en continu la place laissée vide dans le terrain lors de la remontée du train de tarière.
La mise en place d'une éventuelle cage d'armatures, pour reprendre des efforts horizontaux,
ne peut s'effectuer qu'après le bétonnage du pieu cette opération, si elle intervient sans perte de
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 73
temps, ne présente pas de difficulté jusqu'à des hauteurs de cage de l'ordre de 12 m. Au delà, la
résistance opposée par le béton du pieu (liée à sa granulométrie, à sa consistance et à son maintien
rhéologique), mais aussi la rigidité de la cage et son centrage interviennent de façon plus sensible
dans la progression de la cage.
IIIIII// LLee bbééttoonn ddee ssaabbllee eenn bbââttiimmeenntt
On peut utiliser le béton de sable dans le domaine du bâtiment ; mais leurs compositions
varient suivants la déstination d’utilisation.
III.1. / Eléments peu ou non porteurs
IIIIII..11..11// BBllooccss pplleeiinnss oouu ccrreeuuxx
A partir de formules à base de sables locaux et moyennant de simples réglages des
installations de production, des produits répondant aux normes en vigueur ont été mis au point.
IIIIII..11..22// BBaannddeeaauuxx CCoorrnniicchheess AAccrroottèèrreess
Ces éléments presque toujours préfabriqués en béton armé ont un classement moyen et
sont peu porteurs ou simplement autoporteurs, leur plus grande dimension n'excédera pas 4 m. Si
les caractéristiques requise restent secondaires (RC28 24 MPa), en revanche, les contraintes
d’aspect prennent ici toute leur importance. On cherchera donc un béton de sable bien chargé en
fines (20 à 30%) pour améliorer la compacité, la maniabilité et l'état de surface au décollage. Pour
une meilleure durabilité de ces éléments très exposés, on visera une densité supérieure ou égale à
2,25. Le béton de sable affiche naturellement une très bonne résistance au gel de par la répartition
et les dimensions du microbillage, ce qui le prédispose à cette utilisation.
III.2. / Éléments de structures porteurs
IIIIII..22..11// PPoouuttrreess
Les expérimentations réalisées sur des poutres en béton armé ont montré que le béton de
sable présentait une meilleure répartition de la fissuration, liée probablement à la valeur
sensiblement plus faible de son module de Young. Cette plus grande souplesse du matériau peut
s’avérer intéressante en cas de risque de déformation imposé (tassement d’appui, par exemple).
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 74
Cette caractéristique pourrait également être mise à profit pour la construction en zone
sismique.
IIIIII..22..22// pprrééddaalllleess pprrééccoonnttrraaiinntteess
Les contraintes de productivité sont très fortes sur ces produits de grande diffusion. La
rotation des bancs par étuvage est la règle et la résistance au démoulage doivent atteindre des
valeurs importantes (25MPa à 6h), combinées à une bonne adhérence des fils de précontrainte.
Des expérimentations en laboratoire et usine ont démontré la faisabilité de prédalles
précontraintes en béton de sable. Avec un dosage de 120 Kg de CPA, 30 MPa ont été atteints
après 6h d’étuvage.
L’acheminement du béton de sable sec (E/C = 0,5) à forte cohésion, peut présenter des
difficultés de vidange des trémies de distribution. On évitera aisément de tels problèmes en
installant des vibreurs de surface a proximité des trappes.
Comme pour les béton classiques, le choix des adjuvants, réducteur d'eau ou super
plastifiant, devra être judicieux et défini par essai en usine pour parvenir aux meilleurs résultats
IIIIII..22..33// FFoonnddss ddee mmoouulleess
Il est possible de réaliser aisément en faible épaisseur des fonds de moules coffrants qui
constitueront la face apparente du panneau final.
Le béton de sable sera avantageusement porteur de l'esthétique de l'ouvrage dont les
dimensions définitives seront obtenues par un coulage complémentaire sur site.
III.3/ Eléments horizontaux
• Dallage Les dallages à radiers sur terre plein, dalles de compression de planchers hourdis ou de
planchers sur prédalles, dalle armées coffrée assurent les fonctions distinctes de fondations et
supports de revêtement horizontaux. Ils cumulent, de ce fait, les contraintes afférentes.
Dans ces usages, la « souplesse » du béton de sable, déjà mise en exergue, présente
l’intérêt de lui conférer une excellente aptitude a transmettre les charges au sol en limitant la
concentration de contraintes et donc la fissuration.
A noter toutefois que certaines formulations de bétons de sable courants peuvent, selon la
nature et le dosage des constituants, induire des valeurs moyennes de retrait supérieures à celles
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 75
observées sur des bétons classiques équivalents et, de ce fait, nécessiter des précautions
particulières.
On veillera à respecter strictement les prescriptions en matière de calcul des distances entre
joints, et l'on systématisera les procédures de cure visant à réduire l'importance du retrait au jeune
âge. On pourra aussi faire appel, pour les mêmes raisons, à l'adjonction de fibres.
• Dallages industriels Pour la réalisation de ces ouvrages, soumis à de fortes sollicitations, il est souvent fait
appel à des techniques de type routier : les applications dallages industriels sont, pour cette raison,
traitées avec les bétons de voirie,
• Dallages en béton de sable coloré La recherche d'effets esthétiques particuliers peut conduise à envisager l'utilisation de
bétons de sable colorés.
L'utilisation du béton de sable colorés valorie l'esthetique d'un dallage, elle peut même
présenter des avantages du point de vue des performances mécaniques par rapport à bon nombre
de produits du marché destinés au même usage, il conviendra cependant de prendre les precautions
suivantes (la plupart de ces remarques étant d’ailleurs applicables aux bétons traditionnels
colorés) :
S’assurer d’une bonne homogénéisation du colorant au malaxage et de la régularité de
fabrication;
Éviter les forts dosages en colorant : 3 % du poids du ciment parait être un plafond:
Eviter les remaniements de surface après réglage : si le passage d'une toile de jute reste
acceptable pour obtenir une légère rugosité, le triage du béton de sable s'avère délicat et ne
contribue pas à améliorer le fini, d'auttant plus qu'il peut générer des traces disgracieuses de
ressuage;
III.4/ Éléments verticaux
Le domaine d'emploi de ces éléments : poteaux, voiles, murs et parois en béton banché...
est vaste et, selon la destination et la fonction des éléments, les bétons mis en œuvre nécessitent
des caractéristiques et performances très variées.
En effet, les performances mécaniques exigées d'un béton destiné à la fabrication d'un
poteau élancé, soumis à de fortes charges, n'ont rien de commun avec celles d'un béton banché à
seule fonction de remplissage.
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 76
Les performances des bétons de sable répondant à la plupart des exigences courantes
habituellement requises, le choix du matériau résultera de la volonté d'exploiter une ou plusieurs
de ses propriétés spécifiques, qu'elles soient d'ordre technique, quand prévalent, par exemple, des
exigences de maniabilité et d'esthétique, ou d'ordre économique, en fonction du contexte.
IIVV // LLee bbééttoonn ddee ssaabbllee eenn vvooiirriiee
IV.1. / Généralités
Chaussées en béton
Pour la réalisation de structures de chaussées, le béton de ciment classique peut être utilisé
comme couche de fondation — bétons maigres ou bétons poreux — ou comme couche de
roulement — bétons traditionnels. Dans ce deuxième cas, le béton peut être recouvert d'une
couche de surface venant améliorer la résistance à l'usure de la chaussée, ainsi que le confort et la
sécurité des usagers.
Dans les chaussées réalisées en béton de ciment, le coût du matériau béton représente plus
de 50 % du coût de la structure, hors emprise, terrassement, et ouvrages d'art éventuels.
L'emploi de béton de sable, en remplacement des bétons de ciment classiques ou des
bétons maigres, peut constituer une variante de structure rigide intéressante sur le plan
économique, en raison du coût de fabrication moindre de ce matériau. Ce sera notamment le cas
dans une situation de pénurie en gravillons.
Dallages industriels
Les bétons employés dans les dallages s'apparentent à ceux utilisés pour les chaussées,
mais, selon leur destination, les performances mécaniques demandées peuvent être moins élevées.
De plus, les dallages étant le plus souvent horizontaux ou à très faible pente, des bétons fluidifiés
peuvent être utilisés.
Équipements de voirie extrudés
Il s'agit généralement des caniveaux, bordures, murets, séparateurs, glissières de sécurité
réalisés en béton à l'aide de machines à coffrages glissants.
IV.2. / Domaine d’application des bétons de sable
En construction routière, les bétons de sable peuvent être utilisés dans les trois types
d’ouvrages précédemment citer :
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 77
Par rapport aux chaussées en béton traditionnel, la mise en œuvre des chaussées en béton
de sable ne présente pas de difficultés particulières.
Seuls quelques aménagements sont nécessaires sur les machines a coffrages glissants.
L'utilisation du béton de sable comme couche de chaussée se trouve en particulier justifiée
par l'économie éventuelle sur le coût des matériaux que la solution béton de sable doit permettre
de réaliser.
Pour les dallages industriels, en plus de l'économie réalisée sur le coût des matériaux, la
facilité de mise en œuvre pourra également justifier le choix d'une solution béton de sable.
Pour les équipements de voirie extrudés, c'est une analyse au cas par cas de chaque type
d'ouvrage qui permettra d'identifier l'intérêt amené par l'utilisation de béton de sable, par exemple
sous les aspects coût, facilité de mise en œuvre, esthétique, etc.
IV.3 / Caracteristiques demandées aux bétons de sable de voirie
Plasticité : 2 à 6 cm, au cône d’Abrams (norme NF P 18451)
Maniabilité LCPC : 10 à 30 secondes, au maniabilimètre à béton (norme NF P 18452)
Teneur en air occlus : 8 à 10 %, à l'aéromètre à béton (norme NF P 18353)
Performance mécaniques : elles sont consignées dans le Tableau n°21 ci-dessous,
conformément à la norme NF P 981 70.
Tableau n°21 Classes de résistance des bétons routiers, selon la norme NF P 981 70. Résistances caractéristiques à 28j en MPa Classes de résistance
NF P 98 170 Compression NF P 18 406 Fendage NF P 18 408 6 50 3,3 5 45 2,7 4 30 2,4 3 25 2 2 20 1,7 1 15 1,3
Les classes 1 et 2 correspondent à des bétons de sable qualifiés de maigres, avec un dosage
en ciment compris entre 150 et 220 kg/m3
La classe 3 correspond à des bétons de sable dosés entre 250 et 300 kg/m3
La classes 4 et 5 correspondent à des bétons de sable dosés entre 300 et 370 Kg/m3
La classe 6 de la norme parait peu applicable aux bétons de sables, pour des raisons
économiques.
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 78
Fatigue : l’expérience sur la caractérisation, par des essais de laboratoire, du comportement
en fatigue des bétons de sable, reste à ce jour très limitée. C'est également le cas pour les autres
bétons traditionnels. Comme explicité dans les exemples de dimensionnement traités dans la partie
II, les paramètres des bétons de sable pour le dimensionnement seront en fait directement déduits
de la résistance en fendage à 28 jours, et non de résultats d’essais de fatigue le plus souvent non
disponibles.
IV.4 / Applications chaussées en béton –dimensionnement
Comme pour les chaussées en béton classique, le bon comportement des chaussées en
béton de sable est très largement conditionné par les aspects drainage, non érodabilité du support,
présence de surlargeur, etc. Une attention particulière sera de la même façon accordée aux
opérations de contrôle de la qualité et des performances mécaniques du béton utilisé, ainsi qu'à ses
conditions de mise en œuvre.
Classement des chaussées selon l’importance du trafic journalier :
o Classe To : Chaussées à fort trafic, plus de 2000 vehicules poids lourd par jour
dans les deux sens
o Classe T1 : Chaussées à fort trafic, 750 à 2000 vehicules poids lourd par jour
dans les deux sens
o Classe T2 : Chaussées à trafic moyen, 300 à 750vehicules poids lourd par jour
dans les deux sens
o Classe T3- : Chaussées à trafic moyen, 100 à 300 vehicules poids lourd par jour
dans les deux sens
o Classe T3+ : Chaussées à trafic moyen, 50 à 100 vehicules poids lourd par jour
dans les deux sens
o Classe T4 : Chaussées à faible trafic, 25 à 50 vehicules poids lourd par jour
dans les deux sens
o Classe T5 : Chaussées à faible trafic, 10 à 25 vehicules poids lourd par jour
dans les deux sens
o Classe T6 : Chaussées à faible trafic, 0 à 10 vehicules poids lourd par jour dans
les deux sens
IIVV..44..11// CChhaauussssééeess àà ffoorrtt ttrraaffiicc :: TTOO eett TTll
L'emploi du béton de sable comme couche de revêtement n'est pas retenu pour les
chaussées à fort trafic. Par contre, le béton de sable peut être utilisé comme couche de fondation :
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 79
les bétons de sable correspondant aux classes de résistance 1, 2 et 3 peuvent alors être envisagés.
En pratique, le choix de ce niveau de performances du béton de sable, dépendra de la stratégie de
construction du maître d'œuvre. Il relèvera donc de sa propre responsabilité.
Il convient de signaler ici, à titre de référence, que seuls les bétons correspondant aux
classes de résistance 2 et 3 sont retenus pour la conception et le dimensionnement des structures
de chaussées du Catalogue des structures neuves de la Direction des Routes, dans ce contexte
d'utilisation (trafics TO et T1 en couche de base).
Pour assurer le bon comportement à long terme de la chaussée, les performances du béton
de sable vis-à-vis du phénomène d’érodabilité doivent être l'objet d'une attention particulière.
Ainsi, dans le cas ou la couche de roulement sera du type dalles californiennes ( dalles
courtes discontinues en béton non armé non goujonné, avec joints transversaux sciés ou moulés,
sur couche de fondation traitée) un débit d'érosion du béton de sable utilisé, inférieur à 25 g/min,
mesurés à l'essai d'érodabilité à la brosse métallique , est à vérifier
Pour les autres structures , assurant en géneral de meilleurs conditions de transfert de
charge aux joints, des performancs moindres peuvent être envisagés selon le cas.
Pour obtenir les performances de résistance et de non érodabililé requises ici, il ne sera pas
nécessaire dans la plupart des cas d'incorporer, dans ces bétons de sable, des additions (les sables
utilisés étant le plus souvent « fillérisés »), ni des adjuvants ou autres ajouts. Il faudra préférer un
dosage élevé d'un liant peu performant à la recherche d'un dosage faible avec un liant, performant.
Par exemple, on préférera un ciment classe 35 à un ciment de classe 45, ou on utilisera un
liant « routier » ayant reçu un agrément technique et compatible avec les adjuvants habituellement
utilisés (entraîneur d’air).
IIVV..44..22 // CChhaauussssééeess àà ttrraaffiicc mmooyyeenn :: TT33++ eett TT22
Béton de sable en fondation
Les conditions d'utilisation sont celles exposées au paragraphe precedente pour les trafics
T0 et T1.
Dalle épaisse de béton de sable goujonnée ou armée, revêtue d'un béton
bitumineux très mince (BBTM)
On retiendra ici des bétons de sable de classe 2 ou 3 dosés entre 200 et 300 Kg/m3 de
ciment.
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 80
A titre de référence, il convient de signaler à nouveau que, pour le dimensionnement des
structures neuves relevant de la Direction des routes, seuls sont prévus comme béton de
revêtement :
o Pour le trafic T2, les bétons de classe supérieure ou égale à 4;
o Pour le trafic T3+, les bétons de classe supérieure ou égale à 3.
Le complément en éléments fins par rapport au ciment est ici utile pour améliorer les
performances mécaniques du matériau.
En général, on préférera différer la mise en œuvre de la couche de BBTM pour obtenir un
bon accrochage. S'il n'est pas possible de différer l'application de la couche de roulement, un léger
grenaillage sera réalisé afin d'éliminer le mortier fragile de surface et le produit de cure.
Dalles minces goujonnées avec couche de béton traditionnel intégrée en surface
Ce type d'utilisation nécessite des bétons de sable classe 4 ou 5 dosés en 300 et 350 kg/m3
de ciment.
Les éléments fins autres que le ciment, apportés par l’incorporation d’addition et/ou
présents dans le(s) sable(s), sont ici nécessaires à l'amélioration du comportement mécanique, et
aussi de la compacité.
Les joints seront sciés tous les 3 à 4 m.
Les 2 couches peuvent être mises en œuvre, soit simultanément, soit successivement. Dans
les deux cas, l’organisation de chantier doit être adaptée aux contraintes propres à la solution
retenue. Les conditions de mise en œuvre devront notamment assurer l’adhérence parfaite et
durable de ces 2 couches.
Béton de sable armé continu avec couche de béton traditionnel intégrée en
surface
Les conditions d'utilisation sont celles exposées au paragraphe précédent pour la structure
à dalles minces goujonnées, sauf en ce qui concerne les joints : absence de joints transversaux,
sauf éventuellement en fin de journée, maintien de joints longitudinaux entre voies ou de joints de
construction.
Béton de sable armé continu revêtu d'un BBTM
Les conditions d'utilisation sont également celles exposées ci-dessus pour la structure à
dalles minces goujonnées, sauf en ce qui concerne les joints. Le BBTM sera réalisé dans les
mêmes conditions que pour la dalle épaisse.
IIVV..44..33// CChhaauussssééeess àà ffaaiibbllee ttrraaffiicc:: TT66,, TT55,, TT44,, TT33 eett ppiisstteess ccyyccllaabblleess
béton de sable en dalles épaisses
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 81
On utilisera pour ces structures des bétons de sable, classe 2 ou 3 dosés entre 200 et 300 kg
de ciment par m3
La résistance mécanique et la compacité seront ici aussi améliorées par un comportement
en élément fins.
Les joints seront sciés ou moulés tous les 3 à4m.
Comme pour les bétons traditionnels, si la fiabilité du sable utilisé est inferieur à 20, la
rugosité de surface sera obtenue par balayage
Si la fiabilité supérieure à 20, il faudra prévoir en surface, soit un cloutage, soit un BBTM,
soit un enduit.
Dalles minces
Elles seront réalisées avec des bétons de sable, classes 4 ou 5, dosés entre 300 et 370 Kg de
ciment par m3
L’apport complémentaire en éléments fins autres que le ciment est encore nécessaire ici
pour améliorer la rhéologie et la compacité.
Les joints seront sciés tous les 2,5 à 3,5 m.
Le traitement de surface sera réalisé dans les mêmes conditions que pour la dalle épaisse.
IIVV..44..44 // DDiimmeennssiioonnnneemmeenntt ddeess cchhaauussssééeess eenn bbééttoonn ddee ssaabbllee
Méthode générale
Cette méthode de dimensionnement combine l'utilisation d'un modèle de calcul théorique
(modèle multi-couches de Burmister), la caractérisation en laboratoire du comportement en fatigue
des différents matériaux (courbe de Wôhler), et les données pour le calage du modèle, issues
d'observations sur le comportement de structures réelles ou expérimentales.
La méthode française de dimensionnement des chaussées est exposées en détail dans la
partie II, auquel il convient obligatoirement de se référer pour le calcul des structures utilisant le
béton de sable : « Guide technique conception et dimensionnement des structures de chaussées,
LCPC - SETRA, 1994 ».
Coefficient de calage
Cette étude a conduit à préconiser pour le béton de sable, une valeur du coefficient de
calage kC différente de la valeur adoptée sur les bétons habituels :
kc = 1,40 pour le béton de sable.
Cette valeur différente du coefficient de calage (kc =1,50 pour les bétons de ciment
habituels) constitue l'unique modification à appliquer aux règle de dimensionnement fixées pour le
calcul des chaussées en béton de ciment classique par le guide technique LCPC-SETRA.
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DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 82
IV.5 / Application dallages industriels
Les dallages industriels seront réalisés conformément aux documents réglementaires et
normatifs en vigueur. On pourra notamment se référer aux règles professionnelles «Travaux de
Dallage »
Les résistances caractéristiques minimales à 28 jours (20 MPa en compression et 1,9 MPa
en traction-flexion) peuvent être atteintes avec des bétons de sable classes de résistances 3,4,5 et 6
selon la norme NFP 981 70. Les bétons de sable préparés avec des superplastifiants ne pourront
être utilisés qu'avec des pentes faibles.
Les valeurs de retrait du béton de sable sont généralement plus importantes que celles du
béton de Ciment classique.
IV.6 / Application équipements de voirie éxtrudés
De types d'équipement sont ici à envisager :
o les structures horizontales dont la hauteur est inférieure ou égale à 0,25 m
o les structures verticales dont la hauteur est supérieure à 0,25 m.
• Structures horizontales : bordures de trottoir, caniveaux en V évasé. On utilisera des
bétons de sable de classes 4 ou 5, dosés entre 300 et 350 kg de ciment par m3.
L'apport complémentaire d'éléments fins est utile pour améliorer la rhéologie et la
compacité. L'utilisation d'un plastifiant réducteur d'eau est également recommandée.
Des joints de retrait seront réalisés tous les 2 à 3m.
• Structures verticales : murets, séparateurs, caniveaux en U. Dans l'état actuel des
connaissances, tous les bétons de sable ne peu vent pas convenir à la réalisation de ces structures.
En particulier un évitera pour ces structures verticales les bétons de sable obtenus à partir de
sables roulés.
Des études spécifiques sont à faire pour obtenir des bétons de sable de classe 4-5 dosés
entre 300 et 350 kg/m3, permettant d'assurer la stabilité en sortie de coffrage. Ceci pourra être
obtenu par exemple par des ajouts (sable concassé, fibres) et/ou par un choix et une utilisation
judicieuse d'adjuvants.
IV.7 / Bétons de sable compactés pour chaussées
Les structures de chaussée en béton compactes sont peu utilisées et limitées aux trafics
inferieurs à la classe T1
Etude bibliographique béton de sable 2007
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Il est possible d’envisager l’emploi de béton de sable mis en œuvre par compactage.
L’étude de composition sera réalisée selon la méthode pratiquée pour les grâves traitées aux liants
hydrauliques. Le dosage en liant, qui pourra être soit du ciment avec des cendres volantes, soit un
liant routier, sera compris entre 250 et 330 kg/m3.
Lors de la fabrication, la teneur en eau devra être parfaitement maitrisé sinon la mise en
œuvre deviendra très délicate voire impossible.
Les bétons de sable compactés recevront en surface selon l’importance du trafic soit un
BB (Béton Bitumineux), soit un BBTM (béton bitumineux très mince), soit un enduit.
Dans le cas d'un BB, un système anti-remontée de fissures devra être appliqué
VVII// OOuuvvrraaggeess dd’’aarrtt
VI.1/ Destinations et exigences pour les bétons d'ouvrages d'art
Les exigences demandées à un béton sont bien évidemment fonction de la nature d'ouvrage
à laquelle il est destiné (fondation,apuis, tablier, equipement de tablier, perrés,ouvrage d’art..).
VVII..22..11// FFoonnddaattiioonnss
Ces parties d'ouvrage nécessitent davantage de qualités de maniabilité, d'homogénéité,
voire de résistance aux eaux agressives, que de hautes résistances mécaniques, et le béton de sable
peut avantageusement répondre à la demande.
VVII..22..22// AAppppuuiiss
C’est le domaine des bétons de masse, à bonnes performances mécaniques, et, sauf pénurie
de gravillons ou nécessité impérieuse de pomper le béton, l'emploi du béton de sable est peu
adapté. Toutefois, certaines prescriptions architecturales peuvent privilégier l'utilisation de béton
de sable en parement : finesse du coffrage, rappel de teintes locales...
VVII..22..33// TTaabblliieerrss
Toutes les contraintes correspondent au domaine des bétons de hautes et très hautes
performances, en particuliers des performances mécaniques (résistances et module élastique),
obtenues très tôt dans la vie du béton. En l’état actuel des connaissances, les bétons de sable
répondent mal à ce type d’utilisation.
VVIIII// AAcccceessssooiirree ddee vvooiirriiee eett rreesseeaauuxx ddiivveerrss
IV.1/ Conduites d’assainissement regards
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 84
Le béton de sable trouve aisément sa place dans les secteurs diversifiés de la
préfabrication. Son adéquation est notamment à signaler dans la fabrication de tuyaux, regards ou
tous accessoires armés ou non armés, utilisés dans les canalisations étanches d’assainissement à
l’écoulement libre destinées à l’évacuation des eaux pluviales ou des eaux usées.
IIVV..11..11// FFaabbrriiccaattiioonn
• Conditions
Les conditions pour obtenir un produit, répondant aux exigences des normes en vigueur
varient peu de celles des préfabrications des éléments en béton classique. Néanmoins, certains
écarts techniques même minimes (teneur en eau, mode de vibration...) peuvent être amplifiés dans
le cas des bétons de sable. Si le moulage de conduites d'assainissement sur matériel industriel
existant est sans difficulté, le procédé de fabrication en série de tuyaux en béton de sable exige,
pour chaque type de diamètre (300, 800, 1 000) d'une part, une précision des réglages (fréquence
et durée de la vibration, intensités de la centrifugation ou des compressions axiales) et d'autre part,
le respect de la formule béton de sable et de son mouillage.
• Contraintes
Pour parvenir à fabriquer un produit acceptable, il est nécessaire de mettre en œuvre un
béton de sable dosé à 350 kg/m3 de ciment (de préférence un ciment CPA HP) à E/C faible.
L'emploi d'un adjuvant réducteur d'eau-plastifiant est, à ce titre, obligatoire.
Si la teneur en fines du sable utilisé est insuffisante, l'incorporation de filler sera nécessaire
pour améliorer la compacité.
Si les produits sont destinés à être placés dans des environnements agressifs, la formule
devra en tenir compte et être étudiée à ces fins (choix du ciment, apport de fumée de silice,
adjuvantation...).
IIVV..11..22// CCaarraaccttéérriissttiiqquueess ddeess pprroodduuiittss
Les conditions sont considérées satisfaisantes dès que les produits finis peuvent être
caractérisés et classés selon les normes NF P 16-341 et 16-342. Les essais de contrôle portent sur
les mesures dimensionnelles, les caractéristiques mécaniques et le degré d'étanchéité.
Généralement, les mesures dimensionnelles sont bien respectées, quant à l'épaisseur de la paroi et
à la longueur utile des tuyaux, qu'ils soient armés ou non armés. Les essais de résistance à la
Etude bibliographique béton de sable 2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 85
compression sur tuyaux ou regards conformes aux prescriptions des normes permettent de définir
ces produits.
CCOONNCCLLUUSSIIOONN
On a pu constater que le béton classique et le béton de sable relèvent de même technologie
et présentent des propriétés générales très voisines, en particulier, du point de vue composition et
caractéristiques. En outre, l’utilisation du béton de sable peut recouvrir presque tous les domaines
où s’applique le béton classique.
Seulement, la différence réside dans la proportion des constituants sur lesquelles jouent les
performances. Ainsi, notre souci serait donc de trouver les proportions adéquates qui permettent
d’égaler les performances du béton classique selon les utilisations et qui feront à juste titre l’objet
de la partie suivante.
Etude experimentale - Applications béton de sable
2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx
Partie : II ETUDE EXPERIMENTALE - APPLICATIONS
PPaarrttiiee :: IIII EETTUUDDEE EEXXPPEERRIIMMEENNTTAALLEE - AAPPPPLLIICCAATTIIOONNSS
Etude experimentale - Applications béton de sable
2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 86
IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN
Le béton de sable prend aujourd'hui sa place dans ses familles. Comme on l’a déjà vu
dans la partie précédente, des caractéristiques spécifiques peuvent en faire un matériau
recherché pour un usage donné. Pour pouvoir contribuer à l’étude de béton de sable,
plusieurs essais ont alors été procédés.
La caractérisation des matières premières utilisées est une étape préliminaire avant
d’effectuer les essais. Pendant les essais on a suivi les indications dans le chapitre VI
paragraphe 3. Seulement, on a utilisé un autre type d’éprouvette pour contrôler les
résistances, de dimension 4x4x16 cm, vu que le béton de sable est supposé de la même
classe que le mortier et ceci par souci d’économie de ciment.
Les études expérimentales ont pour objectif d’établir les meilleures méthodes de
formulation et de tirer différents types de composition selon la résistance désirée. Nous
verrons dans cette partie deux types d'approche : une approche théorique qui constitue une
base de formulation de bétons de sable et une approche expérimentale basée sur la
réalisation de gâchées successives.
Etude experimentale - Applications béton de sable
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CHAPITRE VIII / DESCRIPTION ET CARACTERISATION DES ESSAIS
II // MMeetthhooddeess eexxppeerriimmeennttaalleess
I.1/ Caracteristiques physiques
II..11..11// TTeenneeuurr eenn eeaauu nnaattuurreellllee
Les matériaux sont placés dans une étuve à 105 °C jusqu’à l’obtention d’un poids
constant. Soit P0 le poids initial du matériau et soit P1 son poids exempt de toute eau
d’adsorption, L’expression de la teneur en eau W1 est:
W1[%] = 100( P0 - P1) [24]
II..11..22// DDeennssiittééss
• Masse volumique apparente :
C’est le poids de l’unité de volume du matériau, vides entre les grains inclus. Sa
détermination consiste à:
o remplir un récipient taré de 1 litre avec le matériau versé en filet continu
avec un entonnoir,
o a raser ensuite la surface en évitant de tasser,
o peser le tout.
• Masse volumique absolue :
C’est le poids d’une quantité de matériau tel que le volume réellement occupé par la
matière solide est égal à l’unité. Sa détermination préconise l’utilisation d’un pycnomètre.
• densités
Densité apparente est le rapport de la masse volumique apparente du matériau sur la
masse volumique apparente de l’eau :
CHAPITRE VIII / DESCRIPTION DES METHODES DE CARACTERISATION ET D’ESSAIS
Etude experimentale - Applications béton de sable
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dapp = ; [25]
Densité absolue c’est la masse volumique absolue du matériau rapportée à celle de
l’eau:
dabs = [26]
II..11..33// GGrraannuulloommééttrriiee
Les analyses granulométriques de nos échantillons ont été faites par la méthode
classique du tamisage pour la fraction supérieure à 80 , et par sédimentométrie pour la
fraction inférieure à 80 . I.3 / La méthode du tamisage consiste à faire passer une masse bien déterminée de
matériau à travers une série normalisée de tamis de différents modules. Les refus sont pesés,
on en déduit les tamisats. On trace la courbe représentant les tamisats cumulés.
La sédimentométrie est une méthode qui consiste à mesurer la densité d’une
suspension de l’échantillon après un temps t de sédimentation, et à calculer le diamètre et le
pourcentage des grains à la profondeur de mesure.
L’ensemble de ces deux méthodes nous renseigne sur la distribution dimensionnelle
des grains de nos échantillons en poudre et permet de tracer leur courbe granulométrique.
II..11..44// EEqquuiivvaalleenntt ddee ssaabbllee
L’essai d’équivalence de sable est utilisé pour évaluer la propreté des sables entrant
dans la composition du béton. La mesure, effectuée sur la fraction de granulat passant au
tamis 5mm, rend compte globalement de la quantité et de la qualité des éléments fins
contenus dans cette fraction. L’essai est effectué avec 120g d’échantillon.
On lave cet échantillon par une solution lavante capable de floculer les éléments dins
selon un processus normalisé et on laisse reposer le tout. Au bout de 20mn, on mesure les
éléments suivants :
La hauteur h1 : sable propre + élément fins ;
La hauteur h2 : sable propre seulement ;
On en déduit l’équivalent de sable : ES(%)=100.h1/h2 [27]
On mesure h2 de deux façons, soit visuellement, noté h’2, pour déterminer
l’équivalent de sable vue (ESV), soit avec un piston pour ES noté h2
Etude experimentale - Applications béton de sable
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II..11..55// SSuurrffaaccee ssppéécciiffiiqquuee
La détermination de la surface spécifique de nos poudres a été faite par la méthode
de Blaine.
Surface spécifique de Blaine:
La méthode nécessite l’utilisation de l’appareil de Blaine ou «Perméabilimètre de
Blaine ». Elle est basée sur le temps que met un volume d’air constant, sous une pression et
température bien déterminée, pour traverser une couche de matériau tassée dans des
conditions bien définies. Ce temps est proportionnel à la surface développée par tous les
grains de solides de l’échantillon.
II..11..66// RReettrraaiitt
La mesure du retrait est effectuée sur des éprouvettes prismatiques 4 x 4 x 16 cm sur
mortier normal (norme NF P 15 433). Le retrait est limité à 0,8 mm/m ou 1mm/m selon le
type de ciment.
I.2/ Caracteristiques mecaniques
Les propriété mécaniques sont évaluées à partir d’essais de résistance en
compression simple, sur mortier normal selon la norme NF E N 196-1, pour les ciment et sur
le béton durci.
Essai sur béton
II..33..11// EEssssaaii ssuurr bbééttoonn ffrraaiiss
Malaxage du béton (Réf NF P 10-404)
Le malaxage consiste à mélanger les constituants du béton afin d’obtenir une gâchée
bien homogène. Il se fait de la manière suivante: on introduit tout d’abord les constituants
solides avec un ordre bien déterminé suivi d’un malaxage à sec de l’ordre de 1 minute, on
ajoute ensuite l’eau de gâchage et poursuivre le malaxage pendant 2 minutes.
Essai d’affaissement (Réf: NF P 18-451)
Cet essai consiste à estimer l’ouvrabilité du béton en mesurant son affaissement au
cône d’Abrams. On introduit le béton dans le cône fixé sur une plaque en trois couches de
même hauteur et on pique de 25 coups bien repartis à chaque couche.
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Après démoulage, on procède dans la minute à la lecture de l’affaissement en
descendant la barre horizontale de la potence coulissante jusqu’au point le plus haut du
béton affaissé.
Confection et conservation des éprouvettes(Réf: NF P 18-405)
La confection des éprouvettes consiste à mouler le béton frais et à procéder à sa mise
en place. Le remplissage de la moule se fait en deux couches.
Dans le cas d’affaissement 9cm, on utilise une aiguille vibrante pour la mise en
place. Le moule ayant été rempli de béton en une ou plusieurs couches, on descend l’aiguille
verticalement dans l’axe de l’éprouvette et la retirer lentement pendant les 5 dernières
secondes. La durée de vibration à respecter est donnée par le tableau qui suit:
Tableau n°22 Temps de vibration pour la mise en place du béton
Affaissement mesuré
[cm]
Temps de vibration (second)
Première couche
Temps de vibration (second)
Deuxième couche 1 24 29 2 22 26 3 20 24 4 18 22 5 16 21 6 15 19 7 13 18 8 13 16 9 11 15
Dans le cas d’un affaissement 10cm, la mise en place se fait par piquage. Chaque
couche donne lieu à un piquage dans tout son épaisseur et en faisant légèrement pénétrer la
pique dans la couche précédente. Le nombre de coup par couche étant de dix par centimètre
carré de surface.
On conserve les éprouvettes sans les déplacer pendant 24 heures ± une heure, on
effectue ensuite le démoulage. On les met après à l’eau (immersion complète) à 20°C.
II..33..22// EEssssaaii ssuurr bbééttoonn dduurrcciiss
Surfaçage des éprouvettes (Réf: NF P 18-416)
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Le surfaçage des éprouvettes s’effectue en déposant à leurs extrémités (faces de
chargement)/une surface constituée de mélange de soufre et de matériau granuleux. Il
s’applique aux éprouvettes retirées de l’eau une demi- heure avant. L’épaisseur de la couche
de surfaçage devant être comprise entre 2 et 4 mm.
Essai de compression (Réf: NF P 18-406)
On procède à l’exécution de l’écrasement des éprouvettes 30 minutes après le
surfaçage. On place l’éprouvette à écraser, sur la machine de compression, bien centrée et la
face d’arasement vers le haut. On met la machine à la mise en charge continue à la vitesse
moyenne de 0,5 Mpa par seconde et on exécute l’écrasement.
IIII // CCaarraacctteerriissttiiqquueess ddeess mmaattiièèrreess pprreemmiièèrreess
Chacun sait que la nature, la qualité et les caractéristiques des matériaux constituant
la composition du béton ont une grande influence pour tous ses comportements.
Elles jouent alors un rôle prépondérant dans notre étude, leur connaissance est donc
vraiment nécessaire.
II.1/ Sables
Nous utilisons quatre variétés de sable durant nos essais : Sable de rivière type 1,
Sable de rivière type 2, Sable de carrière, Sable de dunes.
IIII..11..11// PPrroopprriiééttééss dduu ssaabbllee ddee rriivviièèrree 11
Densité apparente : 1,52
Densité absolue : 2,55
Equivalent de sable : 84
Dimension du tamis retenant 90% du granulat (d) : 0,1mm
Dimension du tamis retenant 10% du granulat (D) : 4mm
Module de finesse : 2,706
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Resultat d’analyse granulometrique : Tableau n° 23 : résultat d’analyse granulométrique du sable de rivière 1
Figure n°19 : Courbe d’analyse granulométrique sable de rivière 1
IIII..11..22// PPrroopprriiééttééss dduu ssaabbllee ddee rriivviièèrree 22
Densité apparente : 1,44
Densité absolue : 2,62
Equivalent de sable : 78
Dimension du tamis retenant 90% du granulat (d) : 0,08mm
SABLE DE RIVIERE 1
d (mm) Mod tamis Refus (%) Passant (%)
0,08 20 100 0
0,16 23 98,1 10,9
0,315 26 76,5 23,5
0,63 29 53,2 46,8
1,25 32 33,4 66,6
2,5 35 18,4 81,6
5 38 0 100
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Dimension du tamis retenant 10% du granulat (D) : 1mm
Module de finesse : 1,719
Resultat d’analyse granulometrique : Tableau n° 24 : résultat d’analyse granulométrique du sable de rivière 2
SABLE DE RIVIERE 2
d (mm) Mod tamis Refus (%) Passant (%)
0,08 20 93,2 6,8
0,16 23 80,3 19,7
0,315 26 59,4 40,6
0,63 29 32,2 67,8
1,25 32 0 100
Figure n°20 : Courbe d’analyse granulométrique sable de rivière 2
IIII..11..33// PPrroopprriiééttééss dduu ssaabbllee ddee ccaarrrriièèrree
Densité apparente : 1,56
Densité absolue : 2,70
Equivalent de sable : 72
Dimension du tamis retenant 90% du granulat (d) : 0,08
Dimension du tamis retenant 10% du granulat (D) : 5
Module de finesse : 2,837
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Resultat d’analyse granulometrique :
Tableau n° 25 : résultat d’analyse granulométrique du sable de carrière
Figure n°21 : Courbe d’analyse granulométrique sable de carrière
IIII..11..44// PPrroopprriiééttééss dduu ssaabbllee ddee dduunneess
Densité apparente : 1,46
Densité absolue : 2,64
Equivalent de sable : 62
Dimension du tamis retenant 90% du granulat (d) : 0,15mm
Dimension du tamis retenant 10% du granulat (D) : 1,25mm
Module de finesse : 2,622
SABLE DE CARRIERE
d (mm) Mod tamis Refus (%) Passant (%)
0,08 20 98,3 1,7
0,16 23 74,8 25,2
0,315 26 66,7 33,3
0,63 29 59,3 40,7
1,25 32 49,7 50,3
2,5 35 33,2 66,8
5 38 0 100
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Resultat d’analyse granulometrique : Tableau n° 26 : résultat d’analyse granulométrique du sable de dunes
SABLE DE DUNES
d (mm) Mod tamis Refus (%) Passant (%)
0,08 20 100 0
0,16 23 98,7 1,3
0,315 26 86,4 13,6
0,63 29 75,2 24,8
1,25 32 1,9 98,1
2,5 35 0 100
5 38 0 100
Figure n°22 : Courbe d’analyse granulométrique sable de dunes
II.2/ Ciments
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Nous utilisons deux types de ciment de la société HOLCIM :
- Un ciment Portland CEM I 42,5 N
- Un ciment Portland composé CEM II / A 42,5N
Les caractéristiques sont données da ns le tableau suivante : Tableau n° 27 : Caracteristiques des ciments utilisés
Types CEM I 42,5N CEM II /A 42,5N
FCE (MPa) 59,8 58,4
Densité apparente 1,03 1,01
Densité absolue 3,11 3,06
Finesse de blaine (cm²/g) 3205 3016
II.3/ Eau
Les caractéristiques de l’eau de la JIRAMA sont données par le tableau qui suit: Tableau n° 28 : Caracteristique de l’eau
Constituants Caracteristiques
Insolubles (%) 0
Matières dissoutes (%) 0,0034 à 0,005
Carbonates +bicarbonates alcalins (%)
0,0028
Sulfates en SO3 (%) 0
Sulfites en S (%) 0
Sucres (%) 0
P2O5 (%) 0
NO3 0
Zinc (%) 0
Acidité en pH 7,2 à 8,5
Acidité humique Aucune coloration brunâtre
Chlorures (mg/L) 3,55 à 8,87
Ions-soufre (%) 0
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II.4/ Les fillers
On utilise le cipolin broyé comme filler calcaire (FC Cipolin) et la cendre de balle de
riz comme filler siliceux (FS CBR); le tableau suivant nous montre leurs natures et leurs
caracteristiques. Tableau n° 29 : Caracteristiques des fines d’ajout
Materiaux Fillers Type FC Cipolin FS CBR
Densité apparente 0,94 0,52
Densité absolue 2,85 2,70
Finesse de blaine (cm²/g) 3432 7720
pureté 91% CaCO3 86,50% SiO2
Activité cristalisé Amorphe
II.5/ Adjuvants
D’apres les fiches techniques des adjuvants utilisés, les caracteristiques sont
recueillies dans le tableau dans le tableau ci-dessous :
Tableau n° 30 : Caracteristiques des adjuvants
Adjuvant
Denomination Pozzolith 390 N
Certification NF
Action Plastifiant-reducteur d’eau
Nature Liquide
Densité 1,210
Couleur Brun fonce
pH 11,5
Point de congélation -2° C
Teneur en chlorure 1 g/L
dosage 1% du poids du ciment
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CHAPITRE IX / METHODES DE FORMULATION DES BÉTONS DE SABLE
IInnttrroodduuccttiioonn
Formuler un béton, c'est trouver les proportions des différents constituants
permettant de satisfaire à un cahier des charges, répondant, à des critères techniques et
économiques, à partir de materiaux donnés.
Nous présentons deux types d'approche : une approche théorique qui constitue une
base de formulation de bétons de sable et une approche expérimentale basée sur la
réalisation de gâchées successives.
II// AApppprroocchhee tthhééoorriiqquuee ddee llaa ffoorrmmuullaattiioonn ddeess bbééttoonnss ddee ssaabbllee
I.1/ La compacité et les méthodes de formulations des bétons
Formuler un béton ordinaire consiste à optimiser le squelette granulaire, par un choix
judicieux de la proportion de sables et de gravillons, puis à combler la porosité de cet
empilement avec la pâte pour obtenir l'ouvrabilité désirée, cette pâte étant elle-même
déterminée avec un rapport eau/ciment pour viser une résistance, une maniabilité et une
durabilité données.
Le problème de la formulation d'un béton se pose alors en terme d'optimisation de la
compacité du squelette granulaire. Cette compacité est définie comme le rapport du volume
développé par les constituants solides sur le volume total et correspond au complément à
l'unité de la porosité.
Caquot a pu établir, à partir de résultats experimentaux, une relation mathématique
entre le volume des vides (v) d'un mélange granulaire et son étendue granulaire (d/D) :
[28]
Avec constante expérimentale.
CHAPITRE IX / METHODES DE FORMULATION DES BÉTONS DE SABLE
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Cette formule sous-entend que le mélange défini par son étendue granulaire est
optimisé, c'est-à-dire que la répartition des grains à l'intérieur de cette étendue granulaire est
telle que le mélange présente une porosité minimale. Elle est à la base de nombreuses
méthodes de formulation des bétons qui consistent généralement à définir une courbe
granulaire de référence. Nous citerons pour exemple les méthodes de Bolomey, Faury,
Dreux.
L’étude granulaire d/D selon Caquot est telle que D correspond à la dimension du
tamis retenant 10 % du granulat et d à la dimension du tamis retenant 90% du granulat. La
constante expérimentale prend alors une valeur de l'ordre de 0,5. En définissant l'étendue
granulaire par les dimensions extrêmes du granulat, des valeurs de l'ordre de 0,7 à 0,8 pour
la constante expérimentale permettent également d'obtenir une bonne estimation de la
porosité du mélange granulaire.
Dans le cas des bétons de sable, les constituants solides sont le sable, une fine
d'addition et le ciment. La fine d'addition (filler, cendres volantes...) étant de dimensions
voisines de celles du ciment, l'application directe des méthodes de formulations adaptées aux
bétons ordinaires conduit généralement à des estimations du dosage des constituants
aberrantes. Il faut donc adapter la démarche de formulation pour ces bétons en repartant de
la base, principalement à partir de la formule de Caquot [28].
I.2/ Estimation du dosage en fines d'un béton de sable
Dans un premier temps, il convient d'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 et le sable couvrant l'étendue
granulaire 80 /D (D étant défini ici comme le diamètre maximal du sable).
Les fines sont alors constituées du ciment, de la fine d'addition et de la fraction du
sable inférieure à 80 . Si la fine d'addition comporte des grains de taille supérieure à
80 . Cette fraction se retrouve intégrée au sable.
Considérant l'étendue granulaire du sable, il est alors admis qu'il présente une
porosité (ps) définie par la formule de Caquot, soit :
[29]
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Le dosage volumique optimal en fines cherchera à combler cette porosité afin
d’optimiser la compacité de l’ensemble.
Il est en fait impossible de prendre en compte la distribution de la taille des
particules pour ces fines, l'assemblage géométrique relevant surtout de forces électriques
inter granulaires.
Moyennant quelques hypothèses simplificatrices, en désignant par [fines] le volume
de l'ensemble des particules inférieures à 80 et [v] le volume de vide associé à
l'empilement du sable. Caquot a obtenu le résultat suivant:
[fines] = [v] [30]
Ainsi, le dosage volumique optimal en fines s'écrit, en combinant [28] et [30]
[fines] = 0,38 (% volumique)
Pour notre étude nous prendrons les diamètre limites du sable ds et D dans la
formule soit :
[fines] = 0,38 (% volumique) [31]
Il est clair que la constante 0,38 n'a pas ici de caractère absolu mais relatif, une
précision de ± 10 % étant tout à fait raisonnable. Cette formule montre que le dosage en
fines dépend surtout de la dimension du plus gros granulat D. Il apparaît clairement que plus
le diamètre D diminue, plus le dosage en fines augmente et devient rapidement excessif en
terme de ciment seul; il faut nécessairement avoir recours a l'utilisation de fines de
remplissage type fillers (Fig.dessous).
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Figure n°23 : Iinfluence du diamètre D du sable sur le dosage en fines
I.3/ Porosité et dosage en eau d’un béton de sable
Le squelette granulaire, y compris les fines étant optimisé, il présente toujours une
certaine porosité. Dans des conditions de mise en œuvre données, cette compacité,
conduisant à une porosité minimale, ne sera atteinte que si la consistance le permet.
En admettant que la porosité du squelette granulaire se décompose 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, issu une nouvelle fois des travaux sur la compacité
de Caquot
[32]
Avec dmin/D l’étendue granulaire y compris les fines
Le calcul de la porosité minimale requiert la valeur de dmin, borne inférieur de
l'étendue granulaire. L'estimation de cette valeur est délicate, compte tenu des effets de
floculation dans l'eau qui peuvent se produire, à l'échelle des fines particules. Ainsi, dans le
cas de mélange totalement défloculés le dmin peut être défini comme la moyenne harmonique
de la dimension des grains du constituant le plus fin. Connaissant alors la surface spécifique
f (finesse Blaine par exemple en cm2/g) de ce constituant et sa masse volumique absolue
(exprimée en g/cm3), il est facile de montrer que le diamètre moyen des grains, assimilés à
des sphères, est donné par la formule suivante :
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Si on a n grains de diamètre dmin de surface Su et de volume Vu
f=
S=nSu=n
m =
[33]
Cette première définition de dmin n'est valable que dans le cas de mélanges totalement
défloculés, c'est-à-dire que chaque particule élémentaire agit indépendamment des autres.
Dans la pratique, cette défloculation ne peut être obtenue que par le recours à des agents
défloculants, classiquement des adjuvants plastifiants ou fluidifiants. Cette définition de dmin
ne peut pas être retenue pour les mélanges floculés, la dimension moyenne des flocs étant
alors la limite inférieure de l'étendue granulaire.
Il devient dans ce cas impossible de fixer une valeur précise, la dimension des flocs
relevant de considérations physico-chimiques très complexes. Un ordre de grandeur peut
être avancé de l'ordre de 20 à 25 pour le diamètre. Ainsi, il est clair que la défloculation,
par l'élargissement de l'étendue granulaire, est le seul recours pour la réduction de la porosité
minimale théorique (Fig. ci-dessous ).
En pratique, il n'est pas toujours souhaitable de produire des bétons ayant la stricte
quantité d'eau correspondant à la porosité minimale pour des raisons d'ouvrabilité. Par suite,
Figure n°24 Influence de la dimension d sur la porosité minimale du béton pour
deux tailles D du sable
Figure n°25 Rélation entre ouvrabilité et le dosage (e+v) d’une matrice pour une mise en
œuvre donnée
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conformément à la figure 25 pour des quantités d'eau inférieures à la quantité d'eau
permettant d'obtenir l'ouvrabilité optimale (ouv. opt), le mélange piégera une forte quantité
d'air, quels que soient les moyens de serrage utilisés, il présentera finalement une porosité
(e + v) supérieure à (e + v)Min.
Par contre, si l’on augmente la quantité d’eau à partir de la valeur conduisant à
(e + v)Min.la quantité d’air piégé sera stable et l’ouvrabilité augmentera de façon lineaire. Il
est donc fondamental de bien estimer la quantité d’eau nécessaire pour atteindre l’optimum
de compacité du béton. Par suite, par sécurité, il sera préferable de mettre en œuvre un
dosage en eau légèrement supérieur au dosage théorique obtenu au minimum de porosité
[32] Finalement pour estimer le dosage en eau, il faut préalablement évaluer la quantité d'air
piégée. Dans le cas des bétons de sables, 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 a des teneurs en air de l'ordre de 3 à 5 %.
[vides]=k [eau] (L/m3) [34]
avec k compris entre 0,2 et 0,25.
Dans une démarche de formulation, le dosage en eau conditionne de façon majeure
l'ouvrabilité du béton, en couplage bien sûr avec la présence ou non d'adjuvants
rhéologiques.
I.4/ 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 tout simplement :
[sable]= 1 000- [fines] - [eau+adj] - [vides] (l/m3) (en volume absolue) [35]
I.5/ Mesure de la résistance en compression
La recherche d'une compacité optimale a permis de fixer les dosages des différents
constituants : fines (particules <80 ), eau et sable. Il faut maintenant se pencher sur
l'évaluation de la résistance en compression d'un tel mélange.
Cette estimation se fait par référence aux méthodes classiques adoptées pour les
matrices cimentaires qui consistent à partitionner la contribution du squelette granulaire, de
la nature du liant et des dosages des constituants de la pâte. Dans le cas des bétons formulés
avec une fine potentiellement réactive, une généralisation de la formule de Feret a été
proposée récemment [36]:
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[36]
KF : coefficient granulaire(ordre de grandeur 4.5 à 5)
FCE : classe vraie du ciment (MPa)
e: dosage en eau totale (l/m3)
V : air piégé (l/m3)
C : dosage en ciment (kg/m3)
RC28: résistance du béton à 28 jours (MPa)
K1 : coefficient pouzzolanique
K2 : coefficient d'activité du filler calcaire
[37]
coefficient d'équivalence en ciment des différentes additions en fines
CV, FS, FIL : dosage en cendres volantes, fumée de silice et filler calcaire (kg/m3).
Cette formule permet de prendre en compte l'activité pouzzolanique des additions
telles que les cendres volantes ou les fumées de silice et l’activité des fillers calcaires au
niveau des résistances en compression. En fait, quoique très simple, cette formule ne peut
être utilisée que par une identification précise de l'activité des additions par le biais des
coefficients . Les valeurs données pour les différents coefficients d'activité
ont ici un caractère essentiellement indicatif. D'autre additions peuvent être également
utilisées telles que les fillers siliceux, généralement considérés inertes et les fillers de laitier
qui peuvent présenter un caractère hydraulique, non pris en compte dans la formule
précédente.
D'ores et déjà intéressant de noter que l'activité du filler calcaire, quand elle peut
exister potentiellement (en couplage avec le Ciment) présente un optimum au delà duquel, la
[38]
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contribution de l'activité filler ne participe plus aux développements de performances
mécaniques.
Figure n°26 : Coefficient d’activité du filler calcaire (modèle)
Dans notre cas, nous regroupons les coefficients K1 et K2, de la formule de Feret en
un seul coefficient K.
Ce coefficient caracterisera l’apport de la fine d’addition sur la résistance, tant au
niveau d’un éventuel caaractére pouzzolanique que par l’amélioration de la compacité.
La réalisation de la gaché pour chaque composition et la mésure de la résistance
permet de dresser un abaque K- rapport Filler/ciment, pour chaque type de sable utilisé et
pour un filler donné.
Pour chaque composition on aura :
– 1 [39]
étant la masse volumique absolue du ciment
(en MPa ) [40]
Ces abaques permettront, pour une résista nce imposée, en choisissant un rapport
Filler/Ciment, d’évaluer le dosage en ciment C (en passant par K).
On peut en suite détérminer le dosage des autre constituants.
Dans le cas des bétons de sable, le dosage total en fines a pu être estimé en terme de
compacité et est donc imposé vis-à-vis de la résistance. Ces fines regroupent principalement
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le ciment, l'addition (filler calcaire, cendres volantes, ...) et la faction du sable inférieur à
80 , souvent mineure pour les sables traditionnels. Ainsi, l'optimum de résistance serait
atteint pour des dosages en ciment et en addition, solutions du système suivant:
ciment + addition = [fines] [41]
addition/ciment = optimum d'activité
L’application des concepts précédents aux bétons de sable n'est toutefois pas
instantanée. Il est sous-entendu dans la formule de Feret précédente que la formulation du
béton est basée sur l'utilisation d'un ciment au clinker pur, type CEM I. L'utilisation d'un
ciment composé type CEM II peut introduire un conflit dans la gestion des additions par
cette formule, nécessitant alors une partition de la phase clinker et de la phase addition de
ces ciments; ceci requiert alors de connaître la composition exacte du ciment.
Dans le cas particulier d'un ciment composé type CEM II A avec des ajouts en
proportion de 15%, cette partition revient à inclure dans les fillers calcaires d'addition les
15% de fillers provenant du ciment composé, et à considérer un ciment CEM I équivalent
réduit à 85% du ciment composé et ayant une classe vraie équivalente majorée d'environ
18% par rapport à la classe vraie du ciment composé.
IIII// MMéétthhooddee eexxppéérriimmeennttaallee ddee ffoorrmmuullaattiioonn
II.1/ Présentation générale de la méthode expérimentale
La méthode expérimentale doit permettre de formuler un béton de sable mais son
objet n'est pas d'expliquer ou de formaliser les phénomènes qui entrent en jeu dans la
formulation des bétons.
Plusieurs méthodes existent, elles peuvent différer en fonction des approches
théoriques et des habitudes de travail. Toutefois, l'objectif reste le même : formuler un béton
qui soit le plus compact possible en accord avec les autres caractéristiques recherchées
(pompabilité, faculté de moulage, aptitude à la projection...).
Nous travaillerons au dosage en ciment faible de manière à mieux répondre aux
prescriptions contractuelles ou normalisées qui imposent bien souvent un dosage minimum.
Différentes formulations de bétons de sable ont déjà été réalisées par cette méthode :
bétons de pieux, bétons routiers, bétons de projection, etc. et ont donné toute satisfaction.
Etude experimentale - Applications béton de sable
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IIII..11..11// CCoonnssttiittuuaannttss ddeess bbééttoonnss ddee ssaabbllee
Préalablement à toute étude de formulation, il est nécessaire d'identifier les
constituants avec lesquels le béton doit être formulé :
• Ciment : nature, classe...
• Sable : granulométrie, propreté...
• Fines d'addition : nature minéralogique, éléments sur la taille des grains
(finesse)...
• Eau : conforme à la norme;
• Adjuvant : fiche technique du fabricant.
IIII..11..22// LLeess ddiifffféérreenntteess ééttaappeess ddee llaa ffoorrmmuullaattiioonn
• Détermination d'une formule de base sans fines d'addition :
o Choix de la teneur en ciment;
o Fixation d'une teneur en eau;
o Détermination d'un dosage en sable;
o Réglage de la maniabilité et du rendement.
• Determination du dosage en fines d'addition
• Adaptation de la maniabilité à la mise en œuvre
• Contrôle des résistances
• Corrections éventuelles
II.2/ Conduite pratique de la méthode expérimentale
IIII..22..11// DDéétteerrmmiinnaattiioonn dd''uunnee ffoorrmmuullee ddee bbaassee ssaannss ffiinneess dd’’aaddddiittiioonn
Dans cette partie de la méthode, nous chercherons à détérminer la formule de un
mètre cube, constituée de ciment, d'eau, de sable et des adjuvants, ayant une maniabilité de 7
à 10s au maniabilimètre LCL
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• Dosage en ciment
Les prescriptions contractuelles ou normatives imposent très souvent un dosage
minimum en ciment par mètre cube de béton, en fonction des parties d'ouvrage ou bien de
l'agressivité du milieu. Nous avons donc choisi de travailler à partir d'un dosage faible en
ciment fixé qui ne variera pas tout au long de l'étude. Nous le noterons C (kg/m3).
• Dosage en eau
A ce stade de la méthode, une valeur approximative du dosage en eau E (L/m3),
suffit. Pour estimer ce dosage, les praticiens s’appuient sur l'expérience. (À titre indicatif, on
peut prendre 220 L d'eau pour 350kg ciment, 250 L d'eau pour 400 kg de ciment).
Faute d'expérience, on peut utiliser les étapes 2 et 3 de la méthode théorique de
formulation. Celles-ci permettent d'évaluer le dosage en eau en fonction de la porosité du
squelette granulaire.
[42]
avec :
: compris entre 0,1 et 0,15;
dmin : est la borne inférieure de la phase solide du béton (mm);
D : est la borne supérieure de l'étendue granulaire du sable (mm),
- Soit le mélange est défloculé par l’utilisation d’un adjuvant alors :
[43]
avec
f : la finesse Blaine du ciment (cm²/g);
la masse volumique du ciment (g/cm3).
- Soit le mélange n'est pas défloculé, alors il faut prendre pour dmin une
estimation de la dimension des flocs, entre 0,020 et 0,025 mm.
Cette estimation du dosage sera ajustée, par la suite, de manière à obtenir une
formule de base sans fines ayant une maniabilité comprise entre 7s et 10s.
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• Détermination du dosage en sable
Dans cette formule, on peut introduire un fluidifiant réducteur d’eau, en dosage
normal préconisé par le fabricant, qui permettra de défloculer les fines. D’autre part, un
béton contient toujours un volume d'air, Vair. La teneur en air des bétons est de l'ordre de 3%
en volume, cette valeur est supérieure pour le béton de sable.
Les quantités de ciment, d'eau, d'adjuvant, d'air sont connues, nous devons donc
compléter la formule par du sable de manière à obtenir un mètre cube de béton ce qui donne
la relation suivante.
vc + vE + vadj + vair + Vsable = 1 000 [43]
(Les volumes sont exprimés en litres)
- soit à partir des masses de chacuns des constituants :
=1000
[44]
Masse du sable=
Ce qui donne une masse de sable S (kg/m3).
La somme des masses de chacun des constituants : ciment (C), eau (E), adjuvant
(CxN %), sable (S) donne la masse volumique apparente théorique de la formule en
supposant que le volume total occupé par ces constituants, y compris le volume d'air, soit
égal à un mètre cube.
• Réglage de la maniabilité et du rendement de la formule
Nous allons réaliser une gâchée à partir de la loi nulle que nous venons de déterminer
et :
• mesurer son temps d'écoulement t au maniabilimètre à mortier
(norme NF P 18 452) ;
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• déterminer la masse volumique apparente réelle du béton.
Rappel : L'objectif est d'obtenir une formule de cube c’est à dire faire tendre la
masse volumique apparente théorique vers la masse volumique apparente réelle et un temps
d'écoulement de 7 â 10s.
La formule de béton doit alors être corrigée à l'aide de l'équation suivante :
.du sable [45]
Si le temps d'écoulement est supérieur à 10 s, il faudra rajouter un volume V d'eau de
manière à rendre le béton plus maniable (-V dans l'équation). (remplacer l’eau par du sable
du volume égale)
Après chaque correction, la ; devra être comparée à la ,
En ajustant le dosage en eau et en sable conformément à ce principe, le dosage E
devient définitif. Le temps d'écoulement est alors compris entre 7 et 10 s, et la formule «
fait le mètre cube ».
IIII..22..22// DDéétteerrmmiinnaattiioonn dduu ddoossaaggee eenn ffiinneess dd''aaddddiittiioonn
II faut maintenant introduire dans la formule les fines d'addition et en définir le
dosage optimal, à rapport E/C constant. Pour cela, il est nécessaire de réaliser des gâchées de
béton de sable avec 5 à 6 dosages en fines dans la plage d'emploi usuelle de ces fines.
Dans la formule précédente, l’incorporation des fines doit permèttre d’augmenter la
compacité du béton, en remplissant les vides. en théorie, il y a trois cas possibles :
Les fines remplissent les vides sans changement de volume ( );
L’addition de fines s'accompagne d'une augmentation de volume ( );
L'addition de fines s'accompagne d'une diminution de volume ( ); Le premier cas est l'objectif que l'on cherche a atteindre le troisième cas, lui, est peu
probable.
Pour chaque gâchée, on détermine la maniabilité ainsi que la masse volumique
apparente réelle que l'on compare à la masse volumique apparente théorique ; de la
formule. Si besoin de la correction sur le sable s’effectue à l’aide de la formule suivante :
[46]
jusqu'à obtenir l'égalité entre les masses volumiques.
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Connaissant les maniabilités et les masses volumiques pour chaque dosage en fines
d'addition, on trace les courbes correspondantes. L'optimum de ces courbes définit le dosage
en fines d'addition F et en sable S. La formule obtenue est la plus compacte et la plus
maniable. Toutefois, pour des raisons économiques ou lorsque l'ajout des fines n'améliore
que très peu les caractéristiques, le dosage en fines peut être pris avant ou aprés l'optimum.
IIII..22..33// AAddaappttaattiioonn ddee llaa mmaanniiaabbiilliittéé àà llaa mmiissee eenn œœuuvvrree
Une bonne mise en œuvre du béton de sable nécessite une consistance de béton
adaptée aux moyens utilisés sur chantier. La maniabilité sera réglée en faisant varier la
quantité d'adjuvant conformément à la notice technique de ce produit.
IIII..22..44// RReessiissttaannccee
On effectue des essais mécaniques. Les résistances peuvent être modifié en
augmentant ou en réduisant le dosage en eau et/ou en adjuvant pour un dosage en ciment
donné. Si les résistances obtenues ne correspondent pas aux résistances souhaitées, il est
possible de refaire une étude à partir d'un dosage en ciment différent.
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CHAPITRE X / ESSAI DE FABRICATION DE BETON DE SABLE
II // PPaarr llaa mméétthhooddee tthhééoorriiqquuee ddee ffoorrmmuullaattiioonn
Nous allons envisager la fabrication de différents bétons de sable selon la méthode
exposée dans le chapitre précédent en prenant l'exemple des quatre types de sables : sable de
rivière 1, sable de rivière 2, sable de carrière , et sable de dunes et des deux fillers : fillers
calcaire et fillers siliceux et de l’adjuvant plastifiant-reducteu d’eau.
Catégorisés selon les cas suivants, plusieurs essais ont été effectués tout en modifiant
successivement le dosage en ciment, mais en maintenant constante la compacité
(Vsable+Vciment+VFiller = constante ).
• Cas 1 : Sable de rivière 1 + calcaire
• Cas 2 : Sable de rivière 1 + calcaire + adjuvant
• Cas 3: Sable de rivière 1 + siliceux
• Cas 4 : Sable de rivière 1 + siliceux + adjuvant
• Cas 5 : Sable de rivière 2 + calcaire
• Cas 6 : Sable de rivière 2 + calcaire + adjuvant
• Cas 7 : Sable de rivière 2 + siliceux
• Cas 8: Sable de rivière 2 + siliceux + adjuvant
• Cas 9 : Sable de carrière + calcaire
• Cas 10 : Sable de carrière + calcaire + adjuvant
• Cas 11: Sable de carrière + siliceux
• Cas 12 : Sable de carrière + siliceux + adjuvant
• Cas 13: Sable de dunes + calcaire
CHAPITRE X / ESSAI DE FABRICATION DE BETON DE SABLE
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• Cas 14: Sable de dunes + calcaire + adjuvant
• Cas 15 : Sable de dunes + siliceux
• Cas 16 : Sable de dunes + siliceux + adjuvant
Pour faire la formulation théorique du béton de sable, selon les formules citées dans
le chapitre IX, les étapes de calculs sont données par le schéma suivant.
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Fines non défloculées
I.1/ Organigramme de la methode de calcul théorique
Figure n°27 : Etape de calcul de la formulation du béton de sable
Caractéristiques du sable (D,d, d abs, W) Caractéristiques du ciment( d abs C FCE)
[Fine]=0,38(ds/D)1/5 [Fine]=[ciment]+[filler]
dmin=60/( f . )
[eau+vide]=0,8(dmin/D)1/5 [vide]=k[eau] [sable]=1000-[fine]-[eau]-[vide]
K =
Défloculation des fines
Exécution de la gaché
Proportion Filler/Ciment Composition du béton
Mesure éxperimentale de RC28
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I.2/ Présentation du programme de calcul
Du point de vue pratique, un petit programme a été mis au point pour automatiser,
accélérer et faciliter les calculs et la lecture des abaques. Ce programme consiste
à poursuivre les étapes suivantes:
o Saisie des données
o Saisie des données
o Choix de l’action à effectuer
o Présentation des résultats
Figure n°28 : Caractérisation des matériaux utilisés
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Figure n°29 : Saisie des résultats expérimentaux
Une fenêtre contenant une table permet aux utilisateurs de saisir les résistances
mesurées expérimentalement en vue de créer un nouvel abaque. Ces données peuvent être
sauvées et réutilisées ultérieurement.
L’application lancée, une fenêtre permettant la saisie des données s’affiche. Ces
données à remplir sont classées dans les rubriques « Sable », « Ciment », « Filler »,
« Adjuvant » et « Eau ».
Ayant défini les données sur les caractéristiques des matériaux à utiliser, on est invité
à choisir l’action à exécuter (figure suivante) :
• Evaluer les résistances RC28 obtenues
• Déterminer la ou les compositions du béton de sable à partir d’une résistance voulue
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Figure n°30 : Choix de l’action à effectuer
Après avoir fait le choix, on a accès aux résultats. Le résultat relatif à l’évaluation
des résistances Rc est présenté sous forme tabulaire. On y trouve les différents constituants
selon le dosage appliqué. Si la case « dosage » dans la rubrique ciment n’est pas remplie,
comme montre le cas de la figure ci-dessous, une série de résultats est obtenue, commençant
par la valeur Ciment=200kg et incrémentée à raison de 50kg.
Figure n°31 : Presentation des résultats sous forme tabulaire
Quant à la détermination des compositions du béton de sable, une case permet la
saisie de la valeur Rc28 dont les valeurs limites sont déjà suggérées pour que des résultats
admissibles s’affichent. Un ou plusieurs types de composition peuvent être obtenus selon le
cas. Le béton « retour » ramène à la fenêtre de la saisie des données.
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Figure n°32 : Détermination des composition à partir du RC28
Les résultats obtenus peuvent être visualisés sous forme de graphique en appuyant
sur le bouton « Graphique ». Les variables d’entrées utilisées se trouvent à gauche de la
fenêtre et peuvent être modifiées. On peut voir ainsi la relation entre n’importe quels autres
variables inclues dans les boites à liste déroulante. L’échelle par défaut est ajustée
automatiquement en laissant voir l’ensemble du graphique. Il est possible d’agrandir, de
réduire et déplacer ce dernier en utilisant la souris ou l’outil zoom à gauche.
Figure n°33 : Représentation graphique des résultats
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I.3/ Exemples de fabrication avec le sable de rivière 1
Cas 1 :ESR1C4(Essai Sable de Rivière 1, filler Calcaire n°9)
Matériaux :
o Ciment CEM I 42,5 N, avec un dosage 200 kg/m3 classe vraie FCE=59,8 MPa
o Sable de rivière 1, avec D= 4mm et d= 0,1mm ; densité :2,55
o Filler calcaire
o Sans adjuvant
La formule [31] nous permet d’estimer la quantité totale en fines soit :
[fines] =1000x 0,38(0,1/4)0,2 = 181,71 L/m3
Or [fines] = [filler] + [ciment]
Donc, le dosage en ciment C maximale qu’on peut utiliser est :
Cmax = 181,71 x 3,11=565,11kg/m3
Prénons C= 200 kg/ m3
D’où la quantité du filler utilisé est :
[filler] = 181,71- (200/3,11) = 117,40 L/m3
Filler = 117,4 . 2,85 = 334,60 kg/m3
Ce qui correspond à un rapport en masse filler/ciment =334,60/200= 1,67.
La formule [32] nous donne la porosité du béton. Dans ce cas, le mélange n'est pas
défloculé, nous adoptons, ainsi, pour d la valeur de 0,020 mm, soit :
D’apres la formule [32] :
[eau+vides] = O,8x(0,02/4)0,2x1000= 277,25 L/m3
Qui se décompose en prenant k = 0,2 dans la formule [34]
[eau] = 277,25 /1,2 = 231 L/ m3; ce qui donne un volume des vides
[vides] = 277,25 – 231 = 46,25 L/m3 soit 4,6%
Finalement, le dosage en sable, selon la formule [35], est
[Sable] = 1000 - 181,71 - 277,25 = 541,04 L/m3, soit avec une densité de
2,55, correspondant à un dosage en masse de 1379,6 kg/m3.
2145,27Kg/m3
Nous avons la composition pour obtenir 1m3 de béton :
C [kg] S[kg] Fil calcaire [kg] Eau [L]
200 1379,6 334,6 231
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Après 28 jours des essais de rupture en compression nous permettent d’avoir la
résistance à la compression :
RC28 =18,60MPa (valeur moyenne prise avec 3 éprouvettes)
Ce qui nous donne la valeur du coefficient K affecté au filler pour le rapport
Fil/C=1,67 correspondant ;
Cas 2 :ESR1CA4(Essai Sable de Rivière 1, filler Calcaire Adjuvanté n°9)
Matériaux :
o Ciment CEM I 42,5 N, avec un dosage 200 kg/m3
o Sable de rivière 1, avec D= 4mm et d= 0,1mm ; densité :2,55
o Filler calcaire
o Avec adjuvant dosé à 1% du poids de ciment
Nous reprénons le cas de formulation précédent avec une seule différence : la
défloculation des fines par le biais d'un adjuvant.
[fines] =1000x 0,38(0,1/4)0,2 = 181,71 L/m3
Or [fines] = [filler] + [ciment]
Donc, le dosage en ciment C maximale qu’on peut utiliser est :
Cmax = 181,71 x 3,11=565,11kg/m3
Prénons C= 200 kg/ m3
D’où la quantité du filler utilisé est :
[filler] = 181,71- (200/3,11) = 117,40 L/m3
Filler = 117,40 . 2,85 = 334,59 kg/m3
Ce qui correspond à un rapport en masse filler/ciment =334,60/200= 1,67.
Avec un mélange défloculé, nous estimons la taille des plus petites particules à
l’aide de la formule [33], pour une finesse Blaine moyenne de 3 432cm²/g pour filler
calcaire:
d= 60/(2,85 x 3432) = 0,0061mm
D’apres la formule [28] :
[eau+vides] = O,8x(0,0061/4)0,2x1000= 218,64 L/m3
Qui se décompose en prenant k = 0,2 dans la formule [34]
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[eau] = 218,64 /1,2 - 2/1,21 = 182,2-1,65=180,55 L/ m3; ce qui donne un
volume des vides
[vides] = 218,64 – 182,2 = 36,44 L/m3 soit 3,6%
Finalement, le dosage en sable, selon la formule [35], est
[Sable] = 1000 - 181,71 – 218,64 = 599,65 L/m3, soit avec une densité de
2,55 correspondant à un dosage en masse de 1529,1 kg/m3.
1529,1+334,59+200+180,55+2 = 2246,27Kg/m3
Nous avons la composition pour obtenir 1m3 de béton :
C [kg] S[kg] Fil calcaire [kg] Eau [L]
200 1 529,27 334,6 180,5
Après 28 jours des essais de rupture en compression nous permettent d’avoir la
résistance à la compression :
RC28 =26,70 MPa (valeur moyenne prise avec 3 éprouvettes)
Ce qui nous donne la valeur du coefficient K affecté au filler pour le rapport
Fil/C=1,67 correspondant ;
Cas 3 : ESR1S4(Essai Sable de Rivière 1, filler siliceux n°9)
Matériaux :
Cas du béton de sable fabriqué avec :
o Ciment CEM I 42,5 N; avec un dosage 200 kg/m3
o Sable de rivière 1 avec D= 4mm et d= 0,1mm ; densité : 2,55
o Filler siliceux
Même procedure que pour le filler calcaire ;
La formule [31] nous permet d’estimer la quantité totale en fines soit :
[fines] =1000x 0,38(0,1/4)0,2 = 181,71 L/m3
Or [fines] = [filler] + [ciment]
Donc, le dosage en ciment C maximale qu’on peut utiliser est :
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Cmax = 181,71 x 3,11=565,11kg/m3
Prénons C= 200 kg/ m3
D’où la quantité du filler utilisé est :
[filler] = 181,71- (200/3,11) = 117,40 L/m3
Filler = 117,40 . 2,70 = 316,98 kg/m3
Ce qui correspond à un rapport en masse filler/ciment =316,98/200= 1,59.
La formule [32] nous donne la porosité du béton. Dans ce cas, le mélange n'est pas
défloculé, nous adoptons, ainsi, pour d la valeur de 0,020 mm, soit :
D’apres la formule [32] :
[eau+vides] = O,8x(0,02/4)0,2x1000= 277,25 L/m3
Qui se décompose en prenant k = 0,2 dans la formule [34]
[eau] = 277,25 /1,2 = 231 L/ m3; ce qui donne un volume des vides
[vides] = 277,25 – 231 = 46,25 L/m3 soit 4,6%
Finalement, le dosage en sable, selon la formule [35], est
[Sable] = 1000 - 181,71 - 277,25 = 541,04 L/m3, soit avec une densité de
2,55, correspondant à un dosage en masse de 1379,6 kg/m3.
1379,6+231+200+316,98 = 2127,58Kg/m3
Nous avons la composition pour obtenir 1m3 de béton :
C [kg] S[kg] Fil calcaire [kg] Eau [L]
200 1 379,6 316,98 231
Après 28 jours des essais de rupture en compression nous permettent d’avoir la
résistance à la compression :
RC28 =17,90 MPa (valeur moyenne prise avec 3 éprouvettes)
Ce qui nous donne la valeur du coefficient K affecté au filler pour le rapport
Fil/C=1,59 correspondant ;
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Cas 4 : ESR1SA4(Essai Sable de Rivière 1, filler Siliceux Adjuvanté n°9)
Matériaux :
o Ciment CEM I 42,5 N, avec un dosage 200 kg/m3
o Sable de rivière 1, avec D= 4mm et d= 0,1mm ; densité :2,55
o Filler siliceux
o Avec adjuvant dosé à 1% du poids de ciment
Nous reprénons le cas de formulation précédent avec une seule différence : la
défloculation des fines par le biais d'un adjuvant.
La formule [31] nous permet d’estimer la quantité totale en fines soit :
[fines] =1000 x 0,38(0,1/4)0,2 = 181,71 L/m3
Or [fines] = [filler] + [ciment]
Donc, le dosage en ciment C maximale qu’on peut utiliser est :
Cmax = 181,71 x 3,11=565,11kg/m3
Prénons C= 200 kg/ m3
D’où la quantité du filler utilisé est :
[filler] = 181,71- (200/3,11) = 117,40 L/m3
Filler = 117,40 . 2,70 = 316,98 kg/m3
Ce qui correspond à un rapport en masse filler/ciment =316,98/200= 1,59.
Avec un mélange défloculé, nous estimons la taille des plus petites particules à
l’aide de la formule [33], pour une finesse Blaine moyenne de 7 720cm²/g pour le filler
siliceux:
d= 60/(2,70 x 7720) = 0,0029mm
D’apres la formule [28] :
[eau+vides] = O,8x(0,0029/4)0,2x1000= 188,43 L/m3
Qui se décompose en prenant k = 0,2 dans la formule [34]
[eau] = 188,43 /1,2 - 2/1,21 = 157,02 - 1,65=155,26 L/ m3; ce qui donne un
volume des vides
[vides] = 188,43 – 157,02 = 31,41 L/m3 soit 3,14%
Finalement, le dosage en sable, selon la formule [35], est
[Sable] = 1000 - 188,43 – 181,71 = 629,86 L/m3, soit avec une densité de
2,55 correspondant à un dosage en masse de 1606,1 kg/m3.
1606,1+200+155,26 +316,98+2= 2280,34Kg/m3
Etude experimentale - Applications béton de sable
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Nous avons la composition pour obtenir 1m3 de béton :
C [kg] S[kg] Fil calcaire [kg] Eau [L]
200 1 379,6 316,98 231
Après 28 jours des essais de rupture en compression nous permettent d’avoir la
résistance à la compression :
RC28 =31,20 MPa (valeur moyenne prise avec 3 éprouvettes)
Ce qui nous donne la valeur du coefficient K affecté au filler pour le rapport
Fil/C=1,59 correspondant ;
d'où RC28E= 31,20 MPa
RC28E : resistance du béton à 28 jours éxperimentale
Ayant suivi la même procédure de calcul, on a obtenu les résultats suivants :
Etude experimentale - Applications béton de sable 2007
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I.4/ Résultats des éssais avec la méthode théorique
Tableau n° 31 : Résultats des essais avec les sables de rivière 1 SABLE DE RIVIERE 1
NOM C (Kg/m3) Fil/C Fil
(kg/m3) c
(L) fil (L) Fines Eau
(l/m3) v
(L/m3) vides (%) Sable (L) Sable (Kg) ρt RC28 k
Sable de rivière 1 - Filler calcaire ESR1C1 500,00 0,12 59,67 160,77 20,94 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2170,35 23,00 -0,310 ESR1C2 400,00 0,38 151,31 128,62 53,09 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2161,99 25,40 -0,080 ESR1C3 300,00 0,81 242,95 96,46 85,24 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2153,63 22,70 0,130 ESR1C4 200,00 1,67 334,59 64,31 117,40 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2145,27 18,60 0,480
Sable de rivière 1 - Filler calcaire + Adjuvant ESR1CA1 500,00 0,12 59,67 160,77 20,94 181,71 182,41 36,48 3,65 599,40 1528,47 2270,55 31,90 -0,314 ESR1CA2 400,00 0,38 151,31 128,62 53,09 181,71 182,41 36,48 3,65 599,40 1528,47 2262,19 34,80 -0,084 ESR1CA3 300,00 0,81 242,95 96,46 85,24 181,71 182,41 36,48 3,65 599,40 1528,47 2253,83 31,30 0,128 ESR1CA4 200,00 1,67 334,59 64,31 117,40 181,71 182,41 36,48 3,65 599,40 1528,47 2245,47 26,70 0,505
Sable de rivière 1 - Filler siliceux ESR1S1 500,00 0,11 56,53 160,77 20,94 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2167,21 37,20 -0,022 ESR1S2 400,00 0,36 143,34 128,62 53,09 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2154,03 41,20 0,326 ESR1S3 300,00 0,77 230,16 96,46 85,24 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2140,85 30,30 0,394 ESR1S4 200,00 1,58 316,98 64,31 117,40 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2127,66 17,90 0,445
Sable de rivière 1 - Filler siliceux + Adjuvant ESR1SA1 500,00 0,11 56,53 160,77 20,94 181,71 156,79 31,36 3,14 630,14 1606,86 2320,18 58,70 -0,025 ESR1SA2 400,00 0,36 143,34 128,62 53,09 181,71 156,79 31,36 3,14 630,14 1606,86 2306,99 64,30 0,328 ESR1SA3 300,00 0,77 230,16 96,46 85,24 181,71 156,79 31,36 3,14 630,14 1606,86 2293,81 49,50 0,398 ESR1SA4 200,00 1,58 316,98 64,31 117,40 181,71 156,79 31,36 3,14 630,14 1606,86 2280,63 31,20 0,450
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Tableau n° 32 : Résultats des essais avec les sables de rivière 2
SABLE DE RIVIERE 2
NOM C (Kg/m3) Fil/C Fil
(kg/m3) c
(L) fil (L) Fines Eau
(l/m3) v
(L/m3) vides (%) Sable (L) Sable (Kg) ρt RC28 k
Sable de rivière 2 - Filler calcaire ESR2C1 500,00 0,39 195,30 160,77 68,53 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2060,90 20,20 -0,173 ESR2C2 400,00 0,72 286,94 128,62 100,68 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2052,54 17,60 -0,057 ESR2C3 300,00 1,26 378,58 96,46 132,84 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2044,18 14,20 0,092 ESR2C4 200,00 2,35 470,22 64,31 164,99 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2035,82 12,70 0,525
Sable de rivière 2 - Filler calcaire + Adjuvant ESR2CA1 500,00 0,39 195,30 160,77 68,53 229,30 240,69 48,14 4,81 481,87 1262,50 2198,50 28,20 -0,174 ESR2CA2 400,00 0,72 286,94 128,62 100,68 229,30 240,69 48,14 4,81 481,87 1262,50 2190,14 25,00 -0,053 ESR2CA3 300,00 1,26 378,58 96,46 132,84 229,30 240,69 48,14 4,81 481,87 1262,50 2181,78 20,30 0,093 ESR2CA4 200,00 2,35 470,22 64,31 164,99 229,30 240,69 48,14 4,81 481,87 1262,50 2173,42 18,20 0,522
Sable de rivière 2 - Filler siliceux ESR2S1 500,00 0,37 185,02 160,77 68,53 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2050,62 34,90 0,228 ESR2S2 400,00 0,68 271,84 128,62 100,68 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2037,44 36,80 0,600 ESR2S3 300,00 1,20 358,66 96,46 132,84 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2024,25 25,50 0,622 ESR2S4 200,00 2,23 445,47 64,31 164,99 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2011,07 14,20 0,638
Sable de rivière 2 - Filler siliceux + Adjuvant ESR2SA1 500,00 0,37 185,02 160,77 68,53 229,30 206,89 41,38 4,14 522,43 1368,77 2260,68 55,90 0,231 ESR2SA2 400,00 0,68 271,84 128,62 100,68 229,30 206,89 41,38 4,14 522,43 1368,77 2247,50 58,40 0,601 ESR2SA3 300,00 1,20 358,66 96,46 132,84 229,30 206,89 41,38 4,14 522,43 1368,77 2234,32 42,50 0,624 ESR2SA4 200,00 2,23 445,47 64,31 164,99 229,30 206,89 41,38 4,14 522,43 1368,77 2221,13 25,20 0,638
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Tableau n° 33 : Résultats des essais avec les sables de carrière
SABLE DE CARRIERE NOM C
(Kg/m3) Fil/C Fil (kg/m3)
c (L)
fil (L) Fines Eau
(l/m3) v
(L/m3) vides (%) Sable (L) Sable (Kg) ρt RC28 k
Sable de carrière - Filler calcaire ESCC1 500,00 0,03 15,45 160,77 5,42 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2271,77 22,40 -0,356 ESCC2 400,00 0,27 107,08 128,62 37,57 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2263,41 24,80 -0,135 ESCC3 300,00 0,66 198,72 96,46 69,73 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2255,05 22,10 0,063 ESCC4 200,00 1,45 290,36 64,31 101,88 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2246,69 18,00 0,387
Sable de carrière - Filler calcaire + Adjuvant ESCCA1 500,00 0,03 15,45 160,77 5,42 166,19 174,45 34,89 3,49 624,47 1686,07 2375,97 31,40 -0,351 ESCCA2 400,00 0,27 107,08 128,62 37,57 166,19 174,45 34,89 3,49 624,47 1686,07 2367,61 34,20 -0,135 ESCCA3 300,00 0,66 198,72 96,46 69,73 166,19 174,45 34,89 3,49 624,47 1686,07 2359,25 30,70 0,063 ESCCA4 200,00 1,45 290,36 64,31 101,88 166,19 174,45 34,89 3,49 624,47 1686,07 2350,88 25,40 0,389
Sable de carrière - Filler siliceux ESCS1 500,00 0,03 14,63 160,77 5,42 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2270,96 28,20 -0,241 ESCS2 400,00 0,25 101,45 128,62 37,57 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2257,77 43,60 0,328 ESCS3 300,00 0,63 188,27 96,46 69,73 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2244,59 38,40 0,598 ESCS4 200,00 1,38 275,08 64,31 101,88 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2231,41 25,60 0,769
Sable de carrière - Filler siliceux + Adjuvant ESCSA1 500,00 0,03 14,63 160,77 5,42 166,19 149,95 29,99 3,00 653,87 1765,44 2430,03 46,30 -0,242 ESCSA2 400,00 0,25 101,45 128,62 37,57 166,19 149,95 29,99 3,00 653,87 1765,44 2416,84 67,40 0,329 ESCSA3 300,00 0,63 188,27 96,46 69,73 166,19 149,95 29,99 3,00 653,87 1765,44 2403,66 60,40 0,596 ESCSA4 200,00 1,38 275,08 64,31 101,88 166,19 149,95 29,99 3,00 653,87 1765,44 2390,48 42,30 0,758
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Tableau n° 34 : Résultats des essais avec les sables de dunes
SABLE DE DUNES
NOM C (Kg/m3) Fil/C Fil
(kg/m3) c
(L) fil (L) Fines Eau
(l/m3) v
(L/m3) vides (%) Sable (L) Sable (Kg) ρt RC28 k
Sable de dunes - Filler calcaire ESDC1 600,00 0,26 158,86 192,93 55,74 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2110,27 23,70 -0,263 ESDC2 500,00 0,50 250,50 160,77 87,90 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2101,91 24,20 -0,103 ESDC3 400,00 0,86 342,14 128,62 120,05 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2093,55 23,50 0,098 ESDC4 300,00 1,45 433,78 96,46 152,20 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2085,19 19,80 0,301 ESDC5 200,00 2,63 525,42 64,31 184,36 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2076,83 17,20 0,776
Sable de dunes - Filler calcaire + Adjuvant ESDCA1 600,00 0,26 158,86 192,93 55,74 248,67 230,19 46,04 4,60 475,11 1254,29 2243,34 32,80 -0,263 ESDCA2 500,00 0,50 250,50 160,77 87,90 248,67 230,19 46,04 4,60 475,11 1254,29 2234,98 33,40 -0,103 ESDCA3 400,00 0,86 342,14 128,62 120,05 248,67 230,19 46,04 4,60 475,11 1254,29 2226,62 32,30 0,093 ESDCA4 300,00 1,45 433,78 96,46 152,20 248,67 230,19 46,04 4,60 475,11 1254,29 2218,26 27,80 0,304 ESDCA5 200,00 2,63 525,42 64,31 184,36 248,67 230,19 46,04 4,60 475,11 1254,29 2209,90 24,30 0,776
Sable de dunes - Filler Siliceux ESDS1 600,00 0,25 150,50 192,93 55,74 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2101,91 35,20 -0,015 ESDS2 500,00 0,47 237,32 160,77 87,90 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2088,73 40,50 0,320 ESDS3 400,00 0,81 324,14 128,62 120,05 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2075,54 37,40 0,549 ESDS4 300,00 1,37 410,95 96,46 152,20 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2062,36 26,40 0,591 ESDS5 200,00 2,49 497,77 64,31 184,36 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2049,18 16,10 0,700
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SABLE DE DUNES
NOM C (Kg/m3) Fil/C Fil
(kg/m3) c
(L) fil (L) Fines Eau
(l/m3) v
(L/m3) vides (%) Sable (L) Sable (Kg) ρt RC28 k
Sable de dunes - Filler Siliceux + Adjuvant ESDSA1 600,00 0,25 150,50 192,93 55,74 248,67 197,86 39,57 3,96 513,90 1356,69 2305,06 56,20 -0,014 ESDSA2 500,00 0,47 237,32 160,77 87,90 248,67 197,86 39,57 3,96 513,90 1356,69 2291,87 63,40 0,323 ESDSA3 400,00 0,81 324,14 128,62 120,05 248,67 197,86 39,57 3,96 513,90 1356,69 2278,69 59,20 0,548 ESDSA4 300,00 1,37 410,95 96,46 152,20 248,67 197,86 39,57 3,96 513,90 1356,69 2265,51 43,90 0,594 ESDSA5 200,00 2,49 497,77 64,31 184,36 248,67 197,86 39,57 3,96 513,90 1356,69 2252,32 28,10 0,694
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Remarques
Pour des raisons économiques et selon le cas pratique, nous limitons, dans les
exemples qui suivent, le dosage maximum à 500 kg/m3 pour tous les types de sables sauf
celui de dunes. Quant à ce dernier, nous avons intérêt à étendre ce dosage maximum jusqu’à
600 kg/m3 afin de bien observer la valeur du dosage avec laquelle on obtient une résistance
Rc28 maximale.
I.5/ Representation graphique des résultas
II..55..11// FFiilllleerr//CC eenn ffoonnccttiioonn ddee CC
La relation entre Filler/C et C pour les quatre types de sable est évaluée
graphiquement par les courbes suivantes :
• Sable de rivière 1
Figure n°34 : Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de rivière 1
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• Sable de rivière 2
Figure n°35 : Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de rivière 2
• Sable de carrière
Figure n° 36 : Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de carrière
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• Sable de dunes
Figure n° 37 : Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de dunes
Les tracés des courbes Filler/C en fonction de C ci-dessus présentent une allure
hyperbolique; ils correspondent respectivement aux quatre types de sable. Cependant, il est à
noter que les courbes pour le filler siliceux et le calcaire sont très proches. Elles rejoignent
l’axe de l’abscisse sur un même point. Les caractéristiques du sable déterminent les
minimum et maximum des proportions du dosage en ciment ; La valeur de C pour cette
intersection avec l’axe des abscisses n’est autre que le dosage maximale de ciment.
II..55..22// RRCC2288 eenn ffoonnccttiioonn ddee ffiilllleerr//CC
Les courbes suivantes montrent les variations de la résistance RC28 du béton en
fonction de filler/C. Pour chaque type de sable, nous allons présenter ces variations, sur un
même graphique, pour le calcaire (en bleu) et le siliceux (en rouge), sans (clair) et avec
(foncé) adjuvant.
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• Sable de rivière 1
Figure n° 38 : Courbes de RC28 en fonction de filler/C pour le sable de rivière 1
• Sable de rivière 2
Figure n° 39 : Courbes de RC28 en fonction filler/C pour le sable de rivière 2
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• Sable de carrière
Figure n° 40 : Courbes de RC28 en fonction de filler/C pour le sable de carrière
• Sable de dunes
Figure n° 41 : Courbes de RC28 en fonction de filler/C pour le sable de dunes
Les quatre courbes de RC28 en fonction du dosage en ciment C, présentent une allure
semblable : elles croissent et atteignent un maximum puis diminuent asymptotiquement
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DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 133
jusqu’à une valeur inférieure à la valeur initiale. La croissance est nettement importante pour
le siliceux. Toutefois, la valeur optimale du rapport filler/C correspondant à la meilleure
résistance n’est pas la même pour le siliceux et le calcaire et diffère d’un type de sable à
l’autre. La meilleur résistance est obtenue à partir de l’utilisation du sable de carrière car,
avec le filler siliceux, elle atteint jusqu’à 68MPa.
II..55..33// RRCC2288 eenn ffoonnccttiioonn dduu ddoossaaggee eenn cciimmeenntt CC
Les courbes suivantes montrent les variations de la résistance RC28 du béton en
fonction du dosage en ciment C. Pour chaque type de sable, nous allons présenter ces
variations, sur un même graphique, pour le calcaire (en bleu) et le siliceux (en rouge), sans
(clair) et avec (foncé) adjuvant.
• Sable de rivière 1
Figure n° 42 : Courbes de RC28 en fonction du dosage C pour le sable de rivière 1
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• Sable de rivière 2
Figure n° 43: Courbes de RC28 en fonction du dosage C pour le sable de rivière 2
• Sable de carrière
Figure n° 44: Courbes de RC28 en fonction du dosage C pour le sable de carrière
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• Sable de dunes
Figure n° 45 : Courbes de RC28 en fonction du dosage C pour le sable de dunes
Les quatre courbes de RC28 en fonction du dosage en ciment C, présentent une allure
semblable. La résistance maximale du béton est atteinte pour une valeur du dosage C
d’environ 450kg/m3 pour le siliceux et 400kg/m3 pour le calcaire. L’adjuvant accroit la
résistance du béton, notamment dans le cas de siliceux. Les courbes des autres types de
sables permettent de saisir les ressemblances entre elles. Le dosage C optimal, c'est-à-dire
offrant une meilleure résistance Rc, est fonction du type de filler et du type de sable.
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II..55..44// KK eenn ffoonnccttiioonn ddee FFiilllleerr//CC
• Sable de rivière 1
Figure n° 46 : Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de rivière 1
• Sable de rivière 2
Figure n° 47 : Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de rivière 2
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DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 137
• Sable de carrière
Figure n° 48 : Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de carrière
• Sable de dunes
Figure n° 49 : Courbes de K en fonction du rapport Fil/C pour le sable de dunes
Les figures 45, 46, 47, 48 correspondant aux quatre types de sable expriment la
variation de K en fonction du rapport Filler/C. Elle est strictement croissante, pourtant, la
courbe du siliceux peut être schématisée en deux portion. La première se caractérise par une
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croissance rapide et la seconde croit lentement selon les types du sable utilisés. Pour le
calcaire, la fonction est grossièrement linéaire mais présente en fait un point d’inflexion.
Plus ou moins accentuée, cette allure reste observée pour les autres types de sable tandis que
les points caractéristiques des courbes varient. Il est à noter que l’adjuvant ne modifie pas la
valeur de K.
Ces courbes serviront d’abaques pour des utilisations ultérieurs des sables avec un
filler donné, pour la confection de béton avec les mêmes matières premières.
Pour un central de fabrication de béton, ou pour les grandes sociétés de construction,
il est nécessaire de dresser ces abaqueschaque fois qu’il y a de nouveaux approvisionnement
en matiéres premières et surtout chaque fois que l’on change de matières premières.
II..55..55// LLeess vvaalleeuurrss ddee FFiilllleerr//CC eett CC ccoorrrreessppoonnddaanntt àà llaa vvaalleeuurr ddee RRCC2288 mmaaxxiimmuumm
A partir du tableau ci-dessous récapitule les valeurs du dosage en ciment, et du
rapport Filler/C optimaux pour obtenir une résistance maximale du béton de sable
Tableau n° 35 Les valeurs de Filler/C et C correspondant à la valeur de RC28 maximum
Filler calcaire Filler siliceux TYPES
ESSAI C Kg/m3 Filler/C RC28
(MPa) ESSAI C
Kg/m3 Filler/C RC28
(MPa) Sable de rivière 1 ESR1C5 400 0,38 25,40 ESR1S4 400 0,36 41,20
Sable de rivière 2 ESR2C3 500 0,39 20,20 ESR2S4 450 0,51 37,30
Sable de carrière ESCC4 400 0,27 24,80 ESCS4 400 0,25 43,60
SAN
S A
DJU
VAN
T
Sable de dunes ESDC5 500 0,50 24,20 ESDS5 500 0,47 40,50
Sable de rivière 1 ESR1CA5 400 0,38 34,80 ESR1SA4 450 0,22 64,80
Sable de rivière 2 ESR2CA3 500 0,39 28,20 ESR2SA4 450 0,51 59,20
Sable de carrière ESCCA4 400 0,27 34,20 ESCSA4 400 0,25 67,40
AVE
C A
DJU
VAN
T
Sable de dunes ESDCA5 500 0,50 33,40 ESDCA5 500 0,47 63,40
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I– 3/ Utilisation d’un ciment composé
Béton de sable fabriqué avec :
o Sable de rivière 1 avec D = 4mm, d=0,1mm
o avec Ciment CEM II /A 42,5N, classe vraie FCE= 58,5 MPa, =3,06
o avec adjuvant superplastifiant
o filler calcaire
Nous proposons de reprendre dans ce cas la formulation mais cette fois avec un
ciment composé CEM II /A 42,5N. Nous serons alors amenés à partitionner le ciment entre
le clinker et les fines. Nous faisons également l'hypothèse que les fines incorporées dans le
ciment sont de même nature que les fillers d'addition de la formulation proprement dite.
Les dosages en fines, eau, vides et sable sont alors inchangés, soit :
[fines] =1000 x 0,38(0,1/4)0,2 = 181,71 L/m3
Pour optimiser l'utilisation des fillers calcaires, en supposant que le ciment est dosé à
85 % de clinker et 15 % de filler, nous devons avoir :
[fines] = [filler] + [ciment] (en volume)
(kg/m3)
prenons un dosage en ciment C = 300 kg/m3
Filler = (181,71 – 300 – 300).2,85= 239,2 Kg/m3
1,11
Avec un mélange défloculé, nous estimons la taille des plus petites particules à l’aide
de la formule [29], pour une finesse de Blaine moyenne de 3 432cm²/g du filler calcaire:
d= 60/(2,85 x 3432) = 0,0061mm
D’apres la formule [32] :
[eau+vides] = O,8x(0,0061/4)0,2x1000= 218,64 L/m3
Qui se décompose en prenant k = 0,2 dans la formule [34]
[eau] = 218,64 /1,2 - 2/1,21 = 182,2-1,65=180,55 L/ m3; ce qui donne un
volume des vides
[vides] = 218,64 – 182,2 = 36,44 L/m3 soit 3,6%
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Finalement, le dosage en sable, selon la formule [35], est
[Sable] = 1000 - 181,71 – 218,64 = 599,65 L/m3, soit avec une densité de
2,55 correspondant à un dosage en masse de 1529,1 kg/m3.
1529,1+300+239,2+180,55+2 = 2250,85Kg/m3
Pour utiliser la formule de Feret modifiée, nous considérons alors que le clinker a
une classe équivalente majorée de 18% par rapport à la classe du ciment soit 58,4 x 1,18 =
68,91 MPa avec un dosage de 0,85 x 300 = 255 kg/m3, KF=4,75
A partir de l’abaque de la figure :40 K=0,2 correspodant à filler/C=1,11 pour
C=255 kg/m3
Donc :
Ce qui est tout à fait normal compte tenu du fait que la décomposition du ciment
composé revient à considérer un ciment pur de classe sensiblement identique à celle du
CEM II /A 42,5N, avec un dosage total en filler optimisé, et un dosage en ciment
équivalent. du même ordre de grandeur.
Béton de sable fabriqué avec :
o Sable de carrière avec D = 5mm , d=0,08mm
o avec Ciment CEM II /A 42,5N, classe vraie FCE= 58,5 MPa,
o avec adjuvant superplastifiant
Nous proposons de reprendre dans ce cas la formulation ESR1C4, en limitant le
dosage en filler calcaire à la moitié du dosage obtenu précédemment (Filler) = 176 kg / m3.
Les dosages en fines, eau, vides et sable sont toujours inchangés, soit :
Les dosages en fines, :
[fines] =1000 x 0,38(0,1/4)0,2 = 181,71 L/m3
[eau] = 218,64 /1,2 - 2/1,21 = 182,2-1,65=180,55 L/ m3; ce qui donne un
volume des vides
[vides] = 218,64 – 182,2 = 36,44 L/m3 soit 3,6%
[Sable] = 1000 - 181,71 – 218,64 = 599,65 L/m3, soit une densité de 2,55
correspondant à un dosage en masse de 1529,1 kg/m3.
1529,1+332,08+200+180,55+2 = 2246,27Kg/m3
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Nous choisissons dans ce cas de limiter le dosage en filler à 176 kg/m3, ce qui se
traduit par une augmentation du dosage en ciment pour conserver la quantité optimale de
fines :
(kg/m3)
C = (181,71 – ). = 368 Kg/m3
Pour utiliser la formule de Feret modifiée, nous considérons alors que le clinker a
une classe équivalente majorée de 18 % par rapport à la classe du ciment, soit 58,4 x 1,18 =
68,91MPa avec un dosage de 0,85 x 368 = 312,8 kg/m3. Le dosage total en filler correspond
alors à la somme du dosage en filler apporté, 176 kg/m3, et du filler contenu dans le ciment,
soit 0,15 x 368 = 55,2 kg/m3, ce qui donne 231,2 kg/m3.
Filler/ ciment=231,2 / 312,8=0,73
D’après l’abaque de la figure 40, K=0,04
avec KF= 4,75
IIII// EEssssaaii eexxppéérriimmeennttaall ddee ffoorrmmuullaattiioonn dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee
Dans cette méthode, nous allons envisager la formulation du bétons de sable par la
méthode éxperimentale.
Supposons que la maniabilité est bonne, le temps d’écoulement mesuré sur la
maniabilimètre à mortier est T=7s
Résistance voulue : RC28= 20MPa ,
Essai : ESR1C1E
Béton de sable fabriqué avec :
o Ciment CEM I 42,5 N;
o Sable de rivière 1 avec D=4mm et d=0,1mm densité :2,55
o Filler calcaire
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II.1/ Détermination d’une formule de base sans fines d’addition
IIII..11..11// DDoossaaggee eenn cciimmeenntt
La résistance est imposée, ce qui nous conduit à fixer un dosage en ciment et un
rapport Filler/Ciment à partir des abâques correspondant au sable de rivière 1, filler calcaire
La courbe de la figure 32 nous donne filler/C 1,2 pour RC28= 20MPa
La courbe de la figure 28 donne un dosage en ciment d’environs 245Kg/m3 pour
Filler/C =1,2
Nous adoptons donc un dosage en ciment C=245kg /m3
IIII..11..22// DDoossaaggee eenn eeaauu eett eenn vviiddee dduu bbééttoonn
La formule [36] nous permet d’avoir un dosage en eau approximatif, pour un
mélange non défloculé :
On a, E= (800/1,13)(0,02/4)0,2 = 245 L
Ce qui nous donne un volume d’air occlus
Air O,2 eau
Soit : Air 49L
IIII..11.. 33// DDéétteerrmmiinnaattiioonn dduu ddoossaaggee eenn ssaabbllee
On considère un béton dosé à 245 kg de ciment et à 49 % d'air occlus.
Le dosage approximatif en eau, pour 245kg de ciment, est égal à 245 L.
Tableau n°:36 Exemple de calcul de la quantité de sable
Constituants Dosage massique [Kg] Dosage volumique [L]
Ciment 245 78,8
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Filler 0 0 Sable x x / 2,55
Adjuvant 0 0 Eau 245 245 Air 49
Masse théorique 490 + x Volume théorique 1 000 L
La composition est calculée par 1m3 de béton
Donc 1 000 = 78,8 + 245 + 49 + x/2,55
x=[1 000-(78,8+245+49)]2,55=1 599Kg
ce qui donne une masse volumique théorique
=490+1599= kg /m3
IIII..11.. 44// RRééggllaaggee ddee llaa mmaanniiaabbiilliittéé eett dduu rreennddeemmeenntt ddee llaa ffoorrmmuullee
Le melange - ciment 245 kg,
- sable S1 = 599kg,
- eau E1 = 245L
a permis d’obtenir une maniabilité caractérisée par T=11s
Ce qui correspond à un béton un peu trop consistant ; il nous faut ajouter de l’eau et
enlever du sable.
La masse volumique réelle mesurée sur le béton frais est : =1 905 kg/m3
Correction de la maniabilité
Nous ajoutons un volume V=5L d’eau qui remplace un volume de sable égal
Correction du sable
S2=S1-( - )-v.2,55
S2=1 599-(2 089-1 905)-(5 x 2,55)=1 402kg
Ce qui donne une masse volumique
=2 089 + 5 + 1 402 – 1 599= 1 897kg/m3
Une gachée a été effectuée avec cette composition et a donné :
- T 7s ce qui est acceptable.
- 1 960 kg/m3
S3=1402 – (1 897-1 960)=1 465kg
- 1 960 kg/m3
- 1 906 kg/m3
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S4=1 465 – (1 960 – 1 906)=1 411kg
- 1 906 kg/m3
- 1 925 kg/m3
S5=1 411 – (1 906-1 925)=1430kg
- 1 925 kg/m3
- 1 912 kg/m3
S6 = 1 430 – (1 925-1 912)=1417kg
- 1 912 kg/m3
- 1 915 kg/m3
S7 = 1 417 – (1 915-1 912)=1 414kg
- 1 915 kg/m3
- 1 913 kg/m3
Les valeurs de sont assez proches nous pouvons adopter cette composition
(ciment : 245kg, eau 250L et sable 1414kg)
Ce qui correspond à une masse volumique
kg/m3
IIII..11.. 55// DDéétteerrmmiinnaattiioonn dduu ddoossaaggee eenn ffiilllleerr
Nous avons Filler/C=1,2 Filler= 1,2C
La quantité du filler est d’environ:
Fil= 1,2 x 245 = 294kg
L’addition du filler au mélange précedente nous donne :
- 3
- kg/m3
ce qui veut dire, qu’en réalité, le melange fait plus de 1m3
Nous imputons cet excedent de volume à un surplus de filler qu’il nous faut
enlever
Fil= 294-( - =288Kg/m3
De plus l’addition de filler a entrainé une maniabilité de T=6s
Un ajout de 3L d’eau au mélange a permis de ramener la maniabilité à T=7s
(ajouter de l’eau par tranche de 1L et enlever un égale volume de Filler)
Ce qui donne en définitif :
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E= 250 +3=253 L/m3
Fil=288-(3x2,85) 279,5kg/m3
Filler/c=1,14
Le dosage final adopté pour 1m3 de béton est :
C [kg] S[kg] Fil calcaire [kg] Eau [L]
245 1414 279,5 253
Ce qui donne une masse volumique
=2202 x 3-(3x2,85)=2196 kg/m3
La mesure de la résistance a donné RC28=21,2MPa
IIIIII// QQuueellqquueess eexxeemmpplleess dd’’uuttiilliissaattiioonn dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee sseelloonn lleess rrééssuullttaattss ddeess eessssaaiiss
Les tableaux suivants montrent quelques possibilités d’usages des essais ci-dessus
suivants les conditions réquises.
Tableau n°37 Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de rivière 1
DOMAINE D’UTILISATION BATIMENT
FONDATION Eléments :
VOIRIE Selon la norme NF P 981 70
Suivant les classes de résistance RC28
ESSAI
Superficielle Profonde non Porteur Porteur 1 2 3 4 5 6 ESR1C1 X ESR1C2 X X X ESR1C3 X ESR1C4 X
ESR1CA1 X X X X X ESR1CA2 X X X X X ESR1CA3 X X X X X ESR1CA4 X X X ESR1S1 X X X X X ESR1S2 X X X ESR1S3 X X X
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ESR1S4 X ESR1SA1 X X X ESR1SA2 X X X ESR1SA3 X X X X X ESR1SA4 X X X Tableau n°38 Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de rivière 2
DOMAINE D'UTILISATION
BATIMENT FONDATION
Eléments : VOIRIE Selon la norme NF P 981 70 Suivant les classes de résistanceRC28
ESSAI
Superficielle Profonde non Porteur Porteur 1 2 3 4 5 6 ESR2C1 X ESR2C2 X ESR2C3 ESR2C4
ESR2CA1 X ESR2CA2 X X X ESR2CA3 X ESR2CA4 X ESR2S1 X X X X X ESR2S2 X X X X X ESR2S3 X ESR2S4
ESR2SA1 X X X X X ESR2SA2 X X X X X ESR2SA3 X X X ESR2SA4 X X X
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Tableau n°39 Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de carrière.
DOMAINE D'UTILISATION BATIMENT
FONDATION Eléments :
VOIRIE Selon la norme NF P 981 70 Suivant les classes de résistanceRC28 ESSAI
Superficielle Profonde non Porteur Porteur 1 2 3 4 5 6 ESCC1 X ESCC2 X ESCC3 X ESCC4 X ESCCA1 X X X X X ESCCA2 X X X X X ESCCA3 X X X X X ESCCA4 X X X ESCS1 X X X X ESCS2 X X X ESCS3 X X X ESCS4 X X X ESCSA1 X X X X X ESCSA2 X X X X X ESCSA3 X X X X X ESCSA4 X X X
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Tableau n°40 Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de dunes.
DOMAINE D'UTILISATION BATIMENT FONDATION Eléments
VOIRIE Selon la norme NF P 981 70
Suivant les classes de résistanceRC28
ESSAI
Superficielle Profonde non Porteur Porteur 1 2 3 4 5 6
ESDC1 X ESDC2 X ESDC3 X ESDC4 X ESDC5 X
ESDCA1 X X X ESDCA2 X X X ESDCA3 X X X ESDCA4 X X X ESDCA5 X X ESDS1 X X X X X ESDS2 X X X X X ESDS3 X X X X ESDS4 X X X ESDS5 X
ESDSA1 X X X X X ESDSA2 X X X X X ESDSA3 X X X X X ESDSA4 X X X ESDSA5 X X X
IIVV// EExxeemmpplleess ddee ddiimmeennssiioonnnneemmeenntt ddee cchhaauussssééee
On va essayer le dimensionnement de structure de chaussée utilisant le béton de
sable ; c'est-à-dire de donner l’épaisseur et les caracteristiques du béton de sable capable de
supporter et transferer au sol de fondation les sollicitations au dessus de la chaussée. (les
notes de calculs sont trouvés dans l’annexe page :VI-XI.)
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Deux exemples:
o Exemple n°1 : dimensionnement de structure en béton armées continue
(BAC) fondation en béton de sable pour un trafic lourd de classe T1
o Exemple n°2 : dimensionnement d’une chaussée en dalles minces de béton de
sable sur fondation en sable traité au ciment, pour un trafic faible de classe
T4.
IIVV..11..11// LLeess ddoonnnnééeess ::
Les deux exemples renvoient au guide technique LCPC SETRA pour la conception
et le dimensionnement des chaussées, dont ils épousent sérieusement la démarche, les
hypothèses, et les notations.
IV.1/ Exemple : 1
IIVV..11..11// DDoonnnnééeess ::
Chaussée en béton armé continu sur fondation en béton de sable
o Chaussée 2 x 2 voies, dimensionnement à effectuer pour la voie lente
(constante de dimensionnement pour chaussée a 2x2 voix m=90)
o Trafic de classe T1 : Moyenne journalière annuelle (MJA)=475 poids lourds :
o Taux de croissement géométrique : =7% par an;
o Durée de service : p=20 ans;
o Plate- forme support de classe PF2 : Module d’élasticité E= 50 000MPa et
coefficient de poison =0,35 :
o Type de structure retenue : béton de sable armé continu (BSAC) sur fondation
en béton de sable (BS)
o Caractéristiques mécaniques des bétons :
- BSAC : classe de matériau 5
- BS : classe de matériau 2
IIVV..11..22// RRééssuullttaattss
Le Tableau n°41 rassemble les principaux résultats de calcul. Pour chaque hauteur de
béton de sable Hbs entre 15 cm et 18 cm. La hauteur de BSAC Hbac associée est celle pour
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laquelle la contrainte de traction maximale à la base du BSAC est égale à la contrainte
admissible (NE)=1,5MPa. Ce Tableau n°41 fournit de plus les valeurs correspondantes de
la contrainte de traction maximale à la base du béton de sable, et de la déformation
maximale dans le support.
Tableau n°41 Exemple de calcul n° 1, résultats du modèle Alizé.
Hbsac (cm)
Hbs (cm)
(MPa)
21,5 15 0,607 148 21 16 0,645 150 20 17 0,703 156
19 18 0,772 163
Les valeurs de restent bien inférieures à la limite t(NE) = 1,50 MPa. La
condition de non-dépassement de la contrainte admissible dans le béton de sable apparaît
donc non déterminante pour le dimensionnement. Les spécifications d'épaisseur minimale
imposent pour cette couche de fondation Hbs 15 cm.
Pour la couche de base en BAC, les spécifications d’épaisseurs minimales imposent :
Hbac 20 cm.
Les couples d'épaisseurs 21.5BSAC/15BS, 21BSAC/16BS el 20BSAC/17BS sont
donc des solutions possibles. Le coût du béton de sable en fonction est certainement moindre
que le coût du béton BSAC de la courbe de base; la structure optimale finalement proposée
est la suivante :
o BSAC en couche de base : 20 cm,
o BS en couche de fondation : 17 cm.
D’après nos essais, on peut prendre comme compositions de ces bétons les
composantes suivantes :
(pour un mètre cube de béton) Pour BSAC en couche de base :les essais qui ont une perfomance mécaniques
conforme à cette couche de base sont : o ESR1SA3, ESCSA1
satisfont la condition :
- RC28 45MPa
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Pour BS en couche de fondation:
o ESR1C1, ESR1C2, ESR1C3,
o ESR2C1, ESR2CA3,
o ESCC1, ESCC2, ESCC3, ESCCA5, ESCS4 ESCS1,
o ESDC1, ESDC2, ESDC3, ESDC4, ESDS1, ESDS2
satisfont la condition :
- RC28 20MPa
On vérifie enfin que la déformation verticale maximale dans le support =156 déf.
Reste inférieure à la valeur admissible = = 349 déf.
La détermination des armatures longitudinales du BSAC et des leur liaison devra
compléter le dimensionnement qui précède
IV.2/ Exemple : 2
Chaussée de type dalles minces en béton de sable sur fondation en sable ciment
IIVV..22..11// DDoonnnnééeess
Les données pour ce second exemple de dimensionnement sont les suivantes :
o chaussée à 2 voies, de largeur 5,85 m (m = 1,50);
o Trafic de classe T4 : MJA = 35 poids lourds;
o Taux de croissance géométrique : t = 4 % par an;
o Durée de service : p = 25 ans;
o Plate-forme support de classe PF2 : E = 50MPa et v = 0,35;
o Type de structure retenue : dalles minces en béton de sable (BS) sur définition
en sable ciment (SC) :
o Caractéristiques mécaniques des matériaux :
- BS : Classe de matériaux 3;
- SC : classe de matériaux 4.
IIVV..22..22// RRééssuullttaattss
La charge de calcul est le demi-essieu simple à roues jumelées 130KN.
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DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 152
Le Tableau n° 42 fournit les principaux résultats de calcul. Pour chaque couple de
valeurs Hbs/Hsc. L’une au moins des contraintes de traction atteint la valeur admissible
du matèriau l’autre est inférieur ou égale à la contrainte admissible de l’autre materiau. Le
Tableau n°42 fournit de plus la valeur correspondante de la déformation maximale dans le
support.
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Tableau n°42 Exemple de calcul n°2, résultats du modèle Alizé
Hbs (cm)
Hsc (cm)
(MPa)
(MPa)
24,5 18 1,14 0,41 148 24 19 1,14 0,43 151
23,7 20 1,14 0,46 154 22,3 21 1,14 0,50 161 21,7 22 1,14 0,51 162 21 23 1,14 0,55 168 20 24 1,14 0,58 172
18,7 25 1,14 0,61 176 17,5 26 1,14 0,66 182 16 28,5 1,06 0,66 175 15 30 1,02 0,66 170
L'épaisseur minimale de mise en œuvre du béton de sable est fixée à 15cm et celle du
sable ciment à 18 cm. On vérifie que les différents couples de valeurs Hbs/Hsc sont accepte
Le choix final de la structure reposera en pratique sur des comparaisons économiques
entre ces différentes solutions, à partir des coûts de mise en œuvre des différents matériaux
et de sujétions éventuelles liées au contexte du projet (par exemple : non dépassement d'une
valeur maximale d'épaisseur de structure). D’après nos essai, pour le béton de sable en couche de base, on peut utiliser :
o ESR1C2, ESR1CA4,
o ESR2CA1, ESR2CA2, ESR2S3, ESR2SA4,
o ESCCA4, ESCCA4, ESCS4, ESCS1,
o ESDCA2, ESDS2 , ESDSA3
satisfont la condition :
- RC28 25MPa
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VV// QQuueellqquueess eexxeemmpplleess ddee ccoommppoossiittiioonn dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee dd’’aapprrèèss nnooss eessssaaiiss
V.1/ Poutres
Bien entendu, la formulation sera déterminée en fonction des contraintes, mais on
peut citer pour exemple celle qui a servi de base aux expérimentations et n'a pas nécessité
d'adaptation particulière du matériel de l'usine :
Composition
o Ciment CEM I 42,5 N; avec un dosage 300 kg/m3
o Sable de rivière 1 avec D=1mm et d=0,08mm densité : 2,55
Avec un dosage S=1 606,86 kg/m3
o Adjuvant superplastifiant=3kg
o Eau avec adjuvant: 153 L /m3
o Filler siliceux, dosé à 230 kg/m3
Caractéristiques:
RC28= 40,9 MPa
Ec : 23 000Mpa
Bonne adhérence aux armatures
Samblable à béton traditionnel
Maniabilité: 7 à 10 secondes, au maniabilimètre à béton
Ces performances, déjà largement satisfaisantes, peuvent être améliorées par
l'addition d'une charge de granulats.
V.2/ Pieu type B25
Pour 1 m3 de beton de sable pour pieu de type B25; la composition des différents
constituants et la suivante :
Composition
o Ciment CEM I 42,5 N; avec un dosage 350 kg/m3
o Sable de carrière d=0,08mm ; D=5mm , dabs=2,64
o Fines d'addition filler calcaire 152 kg
o Eau avec adjuvant 174,5L
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o Adjuvant fluidifiant-retardateur 3,5 kg
Caractéristiques:
o RC28= 36 MPa
o Retrait : 0,206 mm/m
o Gonflement : 0,118 mm/
o Maniabilité: 3à 10 secondes, au maniabilimètre à béton
o Masse volumique apparente du béton=2140kg/m3
Avantages : maniabilité, pompabilité, non ségrégabilité et délavage très réduit.
V.3/ Eléments peu ou non porteur
Voici un exemple de la composition du béton de sable pour les éléments peu ou non
porteurs
Composition
o Ciment CEM I 42,5 N; avec un dosage 300 kg/m3
o Sable de dune D=1,25mm ; d=0,15mm : 1060Kg/m3
o Filler calcaire :434 Kg/m3
o Eau : 291,5 L /m3
Caractéristiques:
o RC28= 18 MPa
o Retrait : 0,146 mm/m
o Gonflement : 0,218 mm/m
o Bonne adhérence aux armatures
o Samblable à béton traditionnel
o Maniabilité: 9 à 15 secondes, au maniabilimètre à béton
o Masse volumique apparente du béton=2053kg/m3
V.4/ Dallage industrielle
Pour dallage industruelle en béton de sable de classe de matériaux 3
Composition
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o Ciment CEM I 42,5 N; avec un dosage 400 kg/m3
o Sable de rivière 2 D=1 ;25 mm ; d=0,15mm : 1369Kg/m3
o Filler siliceux : 358,66 Kg/m3
o Eau : 207 L /m3
Caractéristiques:
o RC28 36 MPa
o Plasticité 2 à 4 cm,
o Maniabilité LCPC : 7 à 15 secondes, au maniabilimètre à béton
o Teneur en air 5 à 7%, à l’aéromètre du béton
o Densité apparente du béton : 2234,32kg/m3
Pour dallage industruelle en béton de sable de classe de matériaux 6
Composition
o Ciment CEM I 42,5 N; avec un dosage 500 kg/m3
o Sable de dune D=4 mm ; d=0,1mm dosage : 1357Kg/m3
o Filler siliceux : 80 Kg/m3
o Adjuvant : 3Kg
o Eau : 157 L /m3
Caractéristiques:
o RC28 60 MPa
o Maniabilité LCPC : 7 à 12 secondes, au maniabilimètre à béton
o Teneur en air 5 à 8%, à l’aéromètre du béton
o Densité apparente du béton : 2300kg/m3
VVII// RReemmaarrqquuee Le nombre de constituants du mélange béton de sable (un ou deux sables, ciment,
additions (fines), un ou deux adjuvants), et leurs dosages ne sont pas pour les industries bien
équipées un handicap, et les moyens technologiques et humains dont ils disposent autorisent
affutage de formulations qui peuvent mettre en exergue les avantages de ces bétons, tant sur
le plan technique qu’économique.
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CHAPITRE XI / AVANTAGES ET LIMITE D’EMPLOI DES BETONS DE SABLE
II // AAvvaannttaaggeess ddeess bbééttoonnss ddee ssaabbllee
I.1/ L'ouvrabilité
Cette capacité du béton de sable à remplir les moules avec une énergie de serrage
moindre, sans préjudice pour les autres propriétés du matériau, constitue un atout significatif
dans bien des domaines.
C’est ainsi que :
• Le béton de sable se révèle apte à garnir les éléments les plus fins ou
les plus inaccessibles des moules;
• Le béton de sable conserve sa cohésion, son homogénéité et de bonnes
résistances, sans apport d'énergie de serrage;
• Le béton de sable garantit un bon enrobage des aciers, même si le
ferraillage est très dense ou très compliqué, et même quand la
vibration est impossible ou inopérante;
• Les distances de pompage sont accrues.
I.2/ Qualité d'aspect
Conséquence de leur ouvrabilité et de leur faible granularité, on peut obtenir
facilement avec les bétons de sable des effets architectoniques aussi variés qu'étonnants et
séduisants :
• aspect très lisse, type marbre;
• aspect finement grenu, type pierre;
• arêtes parfaitement définies;
• reproduction fidèle de moules extrêmement fins;
• absence de défauts d'aspect, notamment dus à la ségrégation.
CHAPITRE XI / AVANTAGES ET LIMITES D’EMPLOI DES BETONS DE SABLE
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I.3/ Homogénéité — Cohésion
Composition et granulométrie confèrent aux bétons de sable homogénéité et
cohésion.
L'intérêt essentiel en est une réduction significative de la ségrégation, et de tous les
déboires qu'elle entraîne. Mais ils offrent aussi une bonne résistance au délavage et une
meilleure tenue aux chocs.
I.4/ Les applications privilègiees
II..44..11// LLeess bbééttoonnss nnoonn vviibbrrééss
Les bétons non vibrés, soit parce que la vibration est impossible, soit parce qu’il est
jugé avantageux de s’en abstenir, ces bétons sont souvent des bétons fluides, utilisés
notamment pour :
• La fabrication des pieux forés;
• La réalisation de dallages autocompactants ou autonivelants;
II..44..22// LLaa pprroojjeeccttiioonn
Le béton de sable se prête au renforcement de suivre par projection par voie
mouillée. Les nuisances de la voie sèche sont ainsi évitées et les rendements de chantier sont
bien supérieurs. Ces bétons de sable projetés se sont révélés particulièrement intéressant,
techniquement et économiquement, pour :
• la réhabilitation de collecteurs d'assainissement.
• la stabilisation de parois ou talus;
II..44..33// lleess ttrraavvaauuxx eenn iimmmmeerrssiioonn ::
Avec un délavage limité conjugué à l’absence de ségrégation et au maintien des
propriétés rhéologiques le béton de sable est adapté à la mise en œuvre de béton coute sous
l’eau les techniques de reprises en sous-œuvre, par injection ou coulage gravitaire : le béton
de sablé se situe favorablement par rapport aux coulis et mortiers. Citons, par exemple :
• la réparation de fondations,
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• le comblement de cavités,
• la construction ou le renforcement d'ouvrages portuaires;
II..44..44// LLaa pprrééffaabbrriiccaattiioonn dd''éélléémmeennttss ddeessttiinnééss àà rreesstteerr aappppaarreennttss ::
Les qualités de fini des surfaces et arêtes qu'on peut obtenir avec des bétons de
sable, alliées à de bonnes performances mécaniques, sont des critères déterminants pour de
tels éléments, type blocs de construction pour bâtiments ou clôtures, et éléments de mobilier
urbain ou de jardin.
Ces domaines d'utilisation privilégiés des bétons de sable sont ceux où la technique
s'est révélée particulièrement prometteuse.
Toutefois, les autres applications du béton, que ce soit en génie civil ou en bâtiment,
sont également réalisables, presque toutes, en béton de sable : le choix entre les deux types
de matériau résulte alors de la prise en compte globale des données technico-économiques
locales.
I.5/ Intérêt économique
Il se situe, soit dans la valorisation d'une ressource locale abondante parfois liée à un
déficit en gros granulats —, soit dans l'abaissement des prix de revient, inhérent aux
caractéristiques spécifiques du matériau,
II..55..11// RReessssoouurrccee llooccaallee eenn mmaattiièèrree pprreemmiièèrree
- sables excédentaires : quelle que soit l'origine de ces excédent (sables naturels ou
de concassage) leur utilisation optimale sous forme de bétons de sable est, à l'évidence,
profitable à l'économie locale;
- Pénurie en gravillons, que cette situation soit présente ou a venir l’intérêt
économique de trouver un matériau de substitution au béton traditionnel est
manifesté :maitriser la technologie du béton de sable pour des applications aussi larges que
variées se révèle dans ce cas une opportunité fort intéressante pout l’économie de la région,
ou du pays, concernée :
- Contraintes écologiques : il est clair que désormais seront davantage prises en
compte les préoccupations écologiques légitimes à propos des prélèvements massifs de
granulats alluvionnaires de qualité : ces prélèvements, sur une ressource non inépuisable, ne
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sont pas, la plupart du temps, indispensables, surtout pour fabriquer des bétons courants; et,
outre les « gaspillages » qu'ils génèrent, ils portent atteinte aux équilibres naturels. Le béton
de sable peut être une réponse de progrès susceptible de concilier impératifs économiques
(développement des infrastructures) el nécessité de préserver l'environnement.
II..55..22// AAbbaaiisssseemmeenntt ddee pprriixx ddee rreevviieenntt
En dehors des cas cités ci-dessus, l'intérêt technique de certaines applications rejoint
l'intérêt économique.
Au paragraphe 1.4, ont été rappelées les applications privilégiées des bétons de sable
: les choix résultent de l'appréciation de critères techniques, mais ces applications ne se
développent que parce que le béton de sable y est également économiquement avantageux.
A l'heure actuelle, l'avantage ne provient pas du coût de production des matériaux :
en effet, selon la conjoncture locale et pour des usages et performances équivalents, il
n'existe pas d'écart significatif entre bétons et bétons de sable.
Mais, grâce à son comportement rhéologique, le béton de sable peut permettre un
abaissement de prix de revient grâce à :
• des économies de matière;
• des gains de productivité de chantier : efficacité et rapidité d'exécution
améliorées;
Une réduction du coût social des travaux : réduction de la pénibilité des nivaux et des
nuisances de chantier.
IIII// LLiimmiitteess dd’’eemmppllooii
II.1/ Limites inhérentes à la nouveauté
La technologie du béton de sable étant récente, savoir-faire et expérience sont
nécessairement à acquérir, de manière progressive, par les utilisateurs habituels du béton.
Tant que la technique ne s'est pas vulgarisée, les différents intervenants de l'acte de
construire doivent faire preuve de motivation pour décider d'employer le béton de sable et
pour l'utiliser de façon satisfaisante : c'est par le biais d'actions en partenariat que peut
s'échafauder un savoir faire commun.
La banalisation de l'emploi de béton de sable pour divers usages ne pourra intervenir
qu'avec un recul suffisant dans le temps.
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II.2/ Contraintes de formulation
Les performances d’un béton de sable sont extrêmement dépendantes :
• De la qualité de la formulation
• Du respect de cette formulation
Certains usages nécessitent des formules complexes ou « pointues » mises au point
après une étude de formulation, et mise en œuvre dans des conditions très strictes.
Certains formulations sont sensibles aux moindres fluctuations de la teneur en eau
(c’est le cas notamment avec utilisation de coffrages glissants) et nécessitent un minimum de
préparations lors du stockage des constituants, de la fabrication et du transport.
La composition d'un béton de sable exige, par définition. L’utilisation de filler : il est
donc nécessaire de pouvoir s’approvisionner sans difficulté en filler sur le site de fabrication.
Dans le cas d'utilisation de sables fillérisés, il faut s’assurer que le producteur est en mesure
de maîtriser la teneur en filler.
Toutes ces contraintes relèvaent d’usages non courants nécessitent les concours de
spécialistes.
Il est bien évident que pour les usages courants, correspondant à la part essentielle du
marché des bétons, la formulation d’un béton de sable, une fois mise au point sa teneur en
eau, ne constitue surement pas une contrainte insurmontable pour les habituels utilisateurs
du béton
II. 3/ Les performances
IIII..33..11// PPeerrffoorrmmaanncceess,, mmééccaanniiqquueess
Les performances mécaniques ne constituent pas l'unique critère de jugement de la
qualité d'un béton : on a vu notamment que bon nombre de propriétés spécifiques des bétons
de sable les rendent préférentiels pour certains usages.
Toutefois, la classification des bétons selon des performances mécaniques reste un
repère bien ancré dans l'esprit des utilisateurs (exemple des classes de résistance des bétons
selon la valeur de la résistance en compression à 28 jours, des bétons dits « à la résistance »).
Aussi convient-il de savoir qu'en général, toutes choses égales par ailleurs, les
performances mécaniques des bétons de sable sont inférieures à celles de bétons
traditionnels.
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En particulier, la cinétique de montée en résistance est en général plus lente pour les
bétons de sable, ce qui peut limiter leur usage pour des bétons mis en charge précocement.
Mais ces freins à l'utilisation des bétons de sable ne sont, souvent que
psychologiques puisque :
Il est relativement aisé d'obtenir des bétons de sable à hautes performances
mécaniques, même aux jeunes âges, d'une part;
La vocation des bétons de sable n'est pas de substituer à des bétons mécaniquement
performant, mais d'être une nouvelle source de béton de qualité (qualité appréciée au sens
large et non selon la seule résistance en compression à 28 jours), d’autre part.
IIII..33..22// AAuuttrreess ppeerrffoorrmmaanncceess
Les caracteristiques susceptibles de limiter certains emplois des bétons de sable sont
essentiellement :
Le retrait : les valeurs de retrait sont très sensibles à la formulation des bétons de
sable : quand le retrait est préjudiciable, il convient de prendre des précautions avec certains
sables et fillers. Des ajouts de fibres peuvent être fort utiles, surtout aux jeunes âges;
Le fluage : ici aussi la composition est très influente et pour certains usages, comme
le béton précontraint, n'importe quel béton de sable, même avec de bonnes résistances
mécaniques, ne convient pas forcément.
IIII..33..44// LLeess ccooûûttss
• Coût de production
Dans les régions présentant conjointement des excédents de sable un déficit en
granulats de gros diamètre zone sud de Madagascar, le béton de sable est particulièrement
favorisé.
Ce n'est pas le cas ailleurs, où le besoin en filler et adjuvant des bétons de sable les
rend souvent plus onéreux que les bétons traditionnels.
On peut imaginer qu'une vulgarisation de la technique, liée à une utilisation massive,
rendraient le coût de production des bétons de sable beaucoup plus compétitif.
Etude experimentale - Applications béton de sable
2007
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• Coût global
Ce coût inclut au prix d'achat du matériau, le prix de sa mise en œuvre. Et là, le béton
de sable, par ses propriétés rhéologiques, se révèle particulièrement avantageux et procure
des gains substantiels de productivité de chantier. (Vitesse et facilité d'exécution, réductions
en personnel et matériels, diminution des nuisances, longueurs de pompage accrues,
réduction des quantités de béton nécessaires, etc.).
C'est à l'utilisateur de faire une approche globale de son prix de revient. On a pu se
rendre compte qu'un béton de sable plus cher à l'achat génère souvent un produit fini
meilleur marché.
• Coût de la spécificité
Dans le cout fourniture d'un béton de sable est inclus le cout de ses propriétés
spécifiques. Si ce cout est supérieur à celui d'un béton traditionnel, le surcout correspond au
cout de la spécificité et, bien souvent, il traduit le coût de la qualité.
Comment évaluer :
La garantie :
• d'un bon remplissage de moules et de cavités
• d’un bon enrobage des aciers en toutes circonstances.
De l’absence de ségrégation ou de délavage ?
L’esthétique d’un parement ?
La finesse de définition d’une arête ?
Les quelques d’écart sur le prix de la fourniture d’un mètre cube de béton?
Conclusion générale béton de sable
2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx
CONCLUSION GENERALE
CCOONNCCLLUUSSIIOONN GGEENNEERRAALLEE
Conclusion générale béton de sable
2007
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Le béton de sable dérive du béton traditionnel et présente, ainsi, les mêmes constituants
que ce dernier . Ayant connu ses propriétés, on peut l’utiliser dans un large domaine de génie civil
à l’instar des fondations, bâtiments, voiries et ouvrages d’art.
Pour établir les propriétés essentielles, le béton de sable doit subir plusieurs contrôles, à
savoir le contrôle de qualité des constituants, contrôle des matériels de confection des bétons,
contrôle de béton fini, contrôle de béton durci et plusieurs essais tels que l’essai de durabilité.
Les méthodes de formulation comprend quatre étapes : le recueil de données, la
formulation, le test en laboratoire et les modifications. Après avoir effectués plusieurs essais, on a
constaté que les résultats théoriques décalent des résultats expérimentaux. Le présent mémoire
donne une méthode pour dresser des abaques, chaques fois qu’on a un nouveau
approvisionnement ou que l’on change de matières premières, pour une utilisation ulterieur
optimale de ces derniers dans la fabrication de béton de sable et pour leurs applications sur
chantier.
Les bétons de sable sont dotés de nombreux avantages. En effet, ils autorisent des
ouvrabilités supérieures à celle d'un béton traditionnel. Ils présentent également une bonne
cohésion et homogenéité avec un aspect de qualité. Grâce à leurs propriétés ils trouvent des
applications privilégiées dont les bétons non vibrés, la projection et les travaux en immersion.
Pourtant, il ne dispose pas que des atoutsn mais connait également des limites. Citons les
limites inhérentes à la nouveauté, les contraintes de formulation, les retraits et les fluages. Le
choix du béton de sable resterait donc le résultat d’un compromis entre les facteurs économiques
et techniques.
Bibliographie béton de sable
2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx
BBIIBBLLIIOOGGRRAAPPHHIIEE [1] BARON J Introduction à la durabilité des bétons, Paris, presse de ENPC, chap.pages 23-
40, (1992)
[2] Eric FAUTEUX – Stéphane FORTIN, Le béton de sable appliqué aux chaussées
routière, (2002)
[3] G CHANVILLARD la formulation des bétons de sable par une approche de compacité
optimale- Rapport de recherche-développement, projet national SABLOCRETE-ENTPE
1994
[4] Gabriely RANAIVONIARIVO, Contribution à létude de l’élaboration de ciment à haute
résistance à Madagascar Thèse de doctorat , (2005)
[5] Gabriely RANAIVONIARIVO; cours DEA «Liants mineraux» (2006)
[6] Gérard GLUAIS- Jean Paul BRU, Bulletin de liaison LCPC n°183 (janv-fév1993)
confortement d’une digue en enrochement par injection de béton de sable
[7] Gilles CHANVILLARD,methode de formulation des béton de sable à maniabilité et
résistance fixées, Bulletin des laboratoires des PONT et CHAUSSEES sept-oct (1996)
pages 49-63
[8] GUIDE TECHNIQUE.chapitre 3 Conception des chaussée en béton.élément pour le projet
pages : 29-46
[9] H BILLHOUET (1994), béton de sable – Caractéristiques et pratiques d’utilisation
[10] Jean-Jacques CHAUVIN – Gilbert GRIMALDI, Bulletin LCPC n°157 (Sept-oct 1988),
Les bétons de sable
[11] J-J CHAUVIN Béton de sable : proche de la formulation – Séminaire Franco-Soviétique
sur lee bétons de sable, SABLOCRETE, Bordeaux 1991
[12] Kim K-H Jeon S-E, Kim J-K Yang S, An experimental study on thermal conductivity of
concrete. Cement Concrete Res 2003 pages 363-371
[13] M.Bederina, L Marmoret, K Mezreb, M Quéneudec, Construction and
building MATERIALS 21pages 662-668 (2007)
[14] Pirre CHARON, Calcul et verification des ouvrages en béton armé (1983)
[15] Pirre CHARON, Calcul des ouvrages en béton armé suivant les règles BAEL 83 (1986)
[16] VALETTE, Manuel de composition(1964)
Bibliographie béton de sable
2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx
[17] Wwwbétondefrance.com(2003),constituants du béton
Annexes béton de sable
2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx i
ANNEXES
AANNNNEEXXEESS
Annexes béton de sable
2007
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ANNEXE : I
La resistance au délavage du béton de sable
Mesure du délavage en laboratoire
La methode consiste, schématiquement, à mesurer la perte de masse d’une échantillon de
béton frais, installé dans une nacelle perforée, après son passage en chute libre dans une colonne
d'eau de 1,70 m de hauteur et égouttage.
Le délavage s'exprime, selon cette méthode, en % et correspond à :
Toutes les formules sont dosées à 350kg/m3 de ciment et contiennent leurs additions des
filler calcaire telle que la proportion totale en éléments fines contiennent de fillers sont constantes
et égale à 21%
Essais sur bétons non adjuvantés
La réponse au delavage différente entre les bétons traditionnels (équart 10%) et les bétons
de sable 0/5 (4% perte) sont le mieux au délavage.
Esssais sur béton adjuvantés
Essai de perte de masse entre bétons traditionnels (3 et 0.9% de perte) et béton de sable
(0.2 % de perte) est moindre par rapport à l’essai precedent mais avantage le béton de sable qui ne
peut quasiment perte de fines quand il est adjuvanté.
Les differences de pertes de masse, moindre et favorable pour le béton de sable dépendent
essentiellement de la granulat se délavant plus que les bétons de sables, de classe spécifique plus
élevée, de texture plus fine et pplus compacte
Examen visuel
Cet examen rendu poossible par la transparence de la paroi du cylindre lors lequel est
effectuée la chute des divers échantillons de bétons confirme le moindre délavage des bétons de
sable. Avec lesquels l’eau se semble moins lors de la chute
Conclusion
Ces experiences confirment que le béton de sable , adjuvanté ou non resiste mieux au
délavage que des bétons traditionnels , ce qui en fait un matériau particulièrement adapté aux
travaux de bétonnage en milieu aquatique.
Annexes béton de sable
2007
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Un béton de sable ayant une résistance en compression de 24 à 30 MPa a généralement un
module d'élasticité de «.idre de 22 000 MPa (à 28 j).
ANNEXE : II
Detail de calcul de dimensionnement de structure en béton armées continue (BAC) fondation en béton de sable pour un trafic lourd de classe T1( éxemple 1)
1- Les données :
o Chaussée 2 x 2 voies, dimensionnement à effectuer pour la voie lente (constante
de dimensionnement pour chaussée a 2x2 voix m=90)
o Trafic de classe T1 : Moyenne journalière annuelle (MJA)=475 poids lourds :
o Taux de croissement géométrique : =7% par an;
o Durée de service : p=20 ans;
o Plate- forme support de classe PF2 : Module d’élasticité E= 50 000MPa et
coefficient de poison =0,35 :
o Type de structure retenue : béton de sable armé continu (BSAC) sur fondation en
béton de sable (BS)
o Caractéristiques mécaniques des bétons :
- BSAC : classe de matériau 5
- BS : classe de matériau 2
En l’absence d’éssais mécaniques sur les bétons au niveau de l’avant projet, leurs
caractéristiques mécaniques sont fixées par le Tableau n° V.7.3 (page :XI) du guide technique
LCPC-SETRA, fournissant les valeurs de reference des paramètres de calcul pour les bétons
conformes à la norme. Le coefficient de Poisson des deux types de béton est pris égale à 0,25 Tableau -a Valeurs de référence des paramètres de calcul d'après le Guide technique LCPC-SETRA. Type de matériau
béton
Classe de
matériau
ft(MPa) résistance en fendage
à 28j
(MPa) A 360j
(=0,65ft)
-1/b: pente de la
droite de fatigue
SN (logN) écart type
E(MPa) Module
elastique
BAC 5 3,3 2,15 16 1 30 000
BS 2 2,1 1,37 14 1 20 000
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2- Calcul du nombre d'essieux équivalents NE
Le coefficient d’agressivité moyen est fixé à le coefficient d’agressivité moyenne des poids
lourd (CAM) = 1 par le Guide technique LCPC SETRA
3- Calcul des contraintes admissibles
Le calcul des contraintes de traction admissibles (NE) pour les deux couches de
béton est précisé dans le Tableau -b ci-dessous. Ce calcul fait intervenir divers coefficients dont
les valeurs sont également fixées par le guide technique LCPC-SETRA pour chaque type de
béton :
Tableau -b Exemple de calcul n° 1, calcul des contraintes admissibles.
Béton armé
continu (BAC)
Béton de sable (BS)
1,88 MPa 1,88 MPa
Risque r 5 % 50 % Fractile associe à r -1,645 0
1,050 1,306
0,78 1
1 / 1,10 1 1 1 / 1,10 0,75 1
1,50 1,40
1,50 MPa 1,50 MPa
Avec :
b : pente de la courbure de la fatigue
Sh : épaisseur de la chaussée
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kr : coefficient de risque
kd : coefficient de discontinuité
ks : coefficient de portance
kt : coefficient de thérmique
kc : coefficient de calage
: contrainte de traction au déformation admissible preponderant
: contrainte de traction au déformation preponderant
: dispersion sur la fatigue
4- Choix des épaisseurs
La modélisation de la structure est réalisée avec le programme Alizé du LCPC page :XI .
L’interface BSAC/BS est prise non glissante dans les calculs, alors que l’interface B/S support est
prise colée
La charge de calcul est le demi essieu simple à roues jumelées de 130 KN, representé par
deux cercles de rayon 0,125m, entre axe 0,375m. chargés par la pression verticale uniforme
0,662MPa
Le Tableau n°c rassemble les principaux résultats de calcul. Pour chaque hauteur de béton
de sable Hbs entre 15 cm et 18 cm. La hauteur de BSAC Hbac associée est celle pour laquelle la
contrainte de traction maximale à la base du BSAC est égale à la contrainte admissible
(NE)=1,50MPa. Le Tableau -c fournit de plus les valeurs correspondantes de la contrainte de
traction maximale à la base du béton de sable, et de la déformation maximale dans le
support. Tableau n°c Exemple de calculs n" 1, résultats du modèle Alizé.
Hbsac (cm)
Hbs (cm)
(MPa)
21,5 15 0,607 148 21 16 0,645 150 20 17 0,703 156
19 18 0,772 163
Les valeurs de restent bien inférieures à la limite t(NE) = 1,50 MPa. La condition de
non-dépassement de la contrainte admissible dans le béton de sable apparaît donc non
déterminante pour le dimensionnement. Les spécifications d'épaisseur minimale pour les T1-PF2
imposent pour cette couche de fondation Hbs 15 cm.
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Pour la couche de base en BAC, les spécifications d’épaisseurs minimales imposent :
Hbac 20 cm.
Les couples d'épaisseurs 21.5BSAC/15BS, 21BSAC/16BS el 20BSAC/17BS sont donc des
solutions possibles. Le coût du béton de sable en fonction est certainement moindre que le coût du
béton BSAC de la courbe de base; la structure optimale finalement proposée est la suivante :
o BSAC en couche de base : 20 cm,
o BS en couche de fondation : 17 cm.
D’après nos essais, on peut prendre comme compositions de ces bétons les composantes
suivantes :
(pour un mètre cube de béton) Pour BSAC en couche de base :les essais qui ont une perfomance mécaniques conforme à
cette couche de base sont : o ESR1SA3, ESCSA1
satisfont la condition :
- RC28 45MPa
Pour BS en couche de fondation:
o ESR1C1, ESR1C2, ESR1C3,
o ESR2C1, ESR2CA3,
o ESCC1, ESCC2, ESCC3, ESCCA5, ESCS4 ESCS1,
o ESDC1, ESDC2, ESDC3, ESDS1
satisfont la condition :
- RC28 20MPa
On vérifie enfin que la déformation verticale maximale dans le support =156 déf. Reste
inférieure à la valeur admissible = = 349 déf.
La détermination des armatures longitudinales du BSAC et des leur liaison devra
compléter le dimensionnement qui précède. Les valeurs numériques des coefficients nécessaires à
la définition de ces actes sont celles détaillées dans le Guide technique LCPC SETRA et ne
donnent lieu à aucun changement. Il en est de même pour l’ensemble des dispositions particulières
telles que celles relatives aux joints transversaux et longitudinaux, aux surlargeurs, aux profils en
travers, etc.
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ANNEXE : III
Detail de calcul de dimensionnement Chaussée de type dalles minces en béton de sable sur fondation en sable ciment
1- Les données :
Les données pour ce second exemple de dimensionnement sont les suivantes :
o chaussée à 2 voies, de largeur 5,85 m (m = 1,50);
o Trafic de classe T4 : MJA = 35 poids lourds;
o Taux de croissance géométrique : t = 4 % par an;
o Durée de service : p = 25 ans;
o Plate-forme support de classe PF2 : E = 50MPa et v = 0,35;
o Type de structure retenue : dalles minces en béton de sable (BS) sur définition en
sable ciment (SC) :
o Caractéristiques mécaniques des matériaux :
- BS : Classe de matériaux 3;
- SC : classe de matériaux 4.
En l’absence d'essais mécaniques au moment de l'étude, les caractéristiques mécaniques
sont fixées par le Guide technique LCPC-SETRA. Le coefficient de Poisson des deux matériaux
est pris égal à 0,25.
Tableau -d Exemple de calcul n° 2, valeurs de référence des paramètres de calcul d'après
le Guide technique LCPC-SETRA.
Type de matériau
béton
Classe de
matériau
(MPa) A 360j
(=0,65ft)
-1/b :pente de la droite de fatigue
SN (logN) écart type
E(MPa) Module
elastique BS 3 1,63 15 1 24 000
SC 4 0,50 12 0,8 12 000
2- Calcul du nombre d'essieux équivalents NE
Le coefficient d'agressivité moyen est fixé à CAM = 0,5 par le guide LCPC-SETRA.
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3- Calcul des contraintes admissibles
Le calcul des contraintes admissibles dans le béton de sable et ciment utilisé les valeurs
numériques fixées par le guide technique LCPC – SETRA pour les divers coefficients intervenant
dans l’expression de Tableau -e Exemple de calcul n° 2, calcul des contraintes admissibles
Béton armé continu (BAC) Béton de sable (BS)
1,73 MPa 0,54 MPa
Risque r 15 % 30 % Fractile u associe à r -1,036 0,524
1,044 1,000
0,85 0.90
1 / 1,35 1 1 1 / 1,10 0,75 1
1,40 1,50
1,14 MPa 0,66 MPa
4- Choix des épaisseurs
La charge de calcul est le demi-essieu simple à roues jumelées 130KN.
Pour chaque couple de valeurs Hbs/Hac. L’une au moins des contraintes de traction
atteint la veur admissible du matèriau l’autre est inférieur ou égale à la contrainte admissible de
l’autre materiau. Le Tableau-f fournit de plus la valeur correspondante de la déformation
maximale dans le support.
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Tableau -f Exemple de calcul n°2, résultats du modèle Alizé
Hbs (cm)
Hsc (cm)
(MPa)
(MPa)
24,5 18 1,14 0,41 148 24 19 1,14 0,43 151
23,7 20 1,14 0,46 154 22,3 21 1,14 0,50 161 21,7 22 1,14 0,51 162 21 23 1,14 0,55 168 20 24 1,14 0,58 172
18,7 25 1,14 0,61 176 17,5 26 1,14 0,66 182 16 28,5 1,06 0,66 175 15 30 1,02 0,66 170
L'épaisseur minimale de mise en œuvre du béton de sable est fixée à 15cm, et celle du
sable ciment à 18 cm. On vérifie que pour les différents couples de valeurs Hbs/Hsc, la
déformation verticale maximale dans le support reste inférieure à la valeur admissible :
L'ensemble des couples de valeurs Hbs/Hsc du Tableau n° VI (page :XI) définissent donc
autant de solutions de dimensionnement techniquement possibles, vis-à-vis de l'endommagement
par fatigue des différents matériaux et du sol support.
Le choix final de la structure reposera en pratique sur des comparaisons économiques entre
ces différentes solutions, à partir des coûts de mise en œuvre des différents matériaux et de
sujétions éventuelles liées au contexte du projet (par exemple : non dépassement d'une valeur
maximale d'épaisseur de structure). D’après nos essai, pour le béton de sable en couche de base, on peut utiliser :
o ESR1C2, ESR1CA4,
o ESR2CA1, ESR2CA2, ESR2S3, ESR2SA4,
o ESCCA4, ESCCA4, ESCS4, ESCS1,
o ESDCA3, ESDS3 , ESDSA4
satisfont la condition :
- RC28 25MPa
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TTaabbllee ddeess mmaattiièèrreess
REMERCIEMENT
SOMMAIRE LISTE DES TABLEAUX LISTE DES FIGURES LISTE DES ABREVIATIONS 2IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN GGEENNEERRAALLEE ............................................................................................................ i
Partie : I ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE ..............................................................................................3
IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN ................................................................................................................................2
A – QUELQUES NOTIONS SUR LE BETON ..................................................................................3
CHAPITRE I / GENERALITES...............................................................................................................3
II // DDééffiinniittiioonn.....................................................................................................................................3
IIII // HHiissttoorriiqquuee ..................................................................................................................................3
IIIIII // LLeess ccoonnssttiittuuaannttss dduu bbééttoonn ........................................................................................................4
III – 1 / Liants .................................................................................................................................4
III-1-1/ Les ciments...................................................................................................................5
III-1-2/ Le liant équivalent .....................................................................................................9
III-1-3/ Propriétés...................................................................................................................10
III-2/ Granulats..............................................................................................................................10
III-2-1/ Définition.....................................................................................................................10
III-2-2/ Classifications ............................................................................................................10
III-2-3/ Propriétés....................................................................................................................11
III-2-4/ Sables..........................................................................................................................12
III-2-5/ Pierrailles .....................................................................................................................12
III-3 / Eau......................................................................................................................................12
III-4/ Les adjuvants........................................................................................................................13
III-4-1/ Définition.....................................................................................................................13
III-4-2/ Fonctions des adjuvants ..........................................................................................13
III 4-3/ Les différents types d'adjuvants..............................................................................14
III-4-4 / Les principaux adjuvants ........................................................................................15
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III-4-5 / Utilisations ..................................................................................................................16
CHAPITRE II / LES DIFFERENTES CARACTERISTIQUES DU BETON................................................17
II // CCaarraaccttéérriissttiiqquueess pphhyyssiiqquueess .......................................................................................................17
I-1 / Masse volumique ...................................................................................................................17
I-2 / Coefficient de dilatation .........................................................................................................17
I-3 / Les retraits .............................................................................................................................17
I-3-1 / Retrait hygrométrique..............................................................................................17
I-3-2/ Retrait sous charge ou fluage ..................................................................................18
IIII // LLeess ccaarraaccttéérriissttiiqquueess mmééccaanniiqquueess .............................................................................................18
II-1/ Résistance à la compression Rc ..............................................................................................18
II-1-1/ Formule de Féret........................................................................................................19
II-1-2 / Formule de Bolomey ................................................................................................20
II-1-3/ Facteurs influant la résistance du béton ...............................................................20
II-2 / Résistance à la traction Rt ......................................................................................................22
IIIIII// AAuuttrreess ccaarraaccttéérriissttiiqquueess ............................................................................................................23
III-1/ La consistance - ouvrabilité...................................................................................................23
III-2 / La compacité .......................................................................................................................23
III-3/ Influence de la dimension des granulats .................................................................................23
III-4/ Effet de paroi........................................................................................................................24
III-5/ Effet de « poisson » ..............................................................................................................25
III-6 / Le ressuage..........................................................................................................................25
III-7 / Corrosion du béton ..............................................................................................................25
III-7-1/ Gonflement dû au sulfate .......................................................................................25
III-7-2/ Alcalis-réaction..........................................................................................................25
III-7-3/ Carbonatation ..........................................................................................................26
CHAPITRE III / DIFFERENTS TYPES DE BETONS ET UTILISATIONS - ADDITIFS.................................27
II// DDiifffféérreennttss ttyyppeess ddee bbééttoonnss .........................................................................................................27
I-1/ Le béton non armé..................................................................................................................27
I-2/ Le béton armé .........................................................................................................................27
I-3 / Bétons précontraints ...............................................................................................................28
IIII// AAddddiittiiffss .....................................................................................................................................29
II-l / Définition ..............................................................................................................................29
II-2/ Différents types d'additifs.......................................................................................................29
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II-2-1/ Correcteurs granulaires ............................................................................................29
II-2-2/ Les fibres ......................................................................................................................30
II-2-3/ Les colorants ...............................................................................................................30
CHAPITRE IV / FORMULATION DU BETON .................................................................................31
II// PPrriinncciippee ddee ffoorrmmuullaattiioonn .............................................................................................................31
I-1/ Démarche à suivre...................................................................................................................31
I-2/ Recueil des données ................................................................................................................31
I-3/ Formulation ............................................................................................................................31
I-4/ Test en laboratoire..................................................................................................................32
I-5/ Modifications.........................................................................................................................32
IIII// EExxeemmppllee ddee ffoorrmmuullaattiioonn dduu bbééttoonn :: MMEETTHHOODDEE DDEE DDRREEUUXX GGOORRIISSSSEE ................................32
II-1/ Données de base ....................................................................................................................32
II-1-1/ Nature de l'ouvrage..................................................................................................32
II-1-2 / Résistance désirée....................................................................................................33
II-1-3/ Consistance désirée..................................................................................................33
II-2/ Formulation ...........................................................................................................................33
II-2-1/ Dosage en ciment.....................................................................................................33
II-2-2/ Dosage en eau ..........................................................................................................35
II-2-3 / Dosage des granulats..............................................................................................36
B / BÉTON DE SABLE .................................................................................................................41
CHAPITRE V / GENERALITES ...........................................................................................................41
II// DDééffiinniittiioonn eett ssppéécciiffiiccaattiioonnss .......................................................................................................41
I-1 / Définition ..............................................................................................................................41
I-2 / Spécifications du béton de sable..............................................................................................41
IIII// HHiissttoorriiqquuee .................................................................................................................................42
IIIIII// CCoommppoossiittiioonn dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee ..............................................................................................43
III-1/ Sables ..................................................................................................................................43
III-2/ Les fines d’ajout (ou additions) .............................................................................................44
III-3/ Les ciments ..........................................................................................................................45
III-4/ L’eau....................................................................................................................................45
III-5/ Adjuvants .............................................................................................................................46
III-6/ Autres ajouts ........................................................................................................................47
III-6-1/ Les fibres .....................................................................................................................47
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III-6 -2/ Les gravillons .............................................................................................................47
III-6 -3/ Les colorants .............................................................................................................48
IIVV// PPrroopprriieettééss eesssseennttiieelllleess dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee ...............................................................................48
IV-1/ Propriétés générales..............................................................................................................48
IV-1-1/ Granulométrie / maniabilité...................................................................................48
IV-1-2/ Propriétés specifiques .............................................................................................51
HAPITRE VI / PREPARATION ET FABRICATION DU BÉTON DE SABLE .......................................58
II// FFaabbrriiccaattiioonn -- TTrraannssppoorrtt .............................................................................................................58
I-1/ Approvisionnement, stockage, manutention .............................................................................58
I-1-1/ Sables............................................................................................................................58
I-1-2/ Ciment adjuvants .......................................................................................................58
I-1-3/ Additions ......................................................................................................................58
I-1-4/ Eau ................................................................................................................................59
I-2/ Dosage des constituants...........................................................................................................59
I-3/ Malaxage ................................................................................................................................59
I-3-1/ Durée du malaxage...................................................................................................59
I-3-2/ Ségrégation .................................................................................................................60
I-3-3/ Modalités de malaxage............................................................................................60
I-4/ Transport Pompage ................................................................................................................60
I-4-1/ Transport.......................................................................................................................60
I-4-2/ Pompage.....................................................................................................................61
IIII// MMiissee eenn ooeeuuvvrree ..........................................................................................................................61
II-1/ Préparation des coffrages.......................................................................................................61
II-2/ Vibration - Surfaçage ............................................................................................................61
II-3/ Joints de reprise ....................................................................................................................62
II-4/ Parement ..............................................................................................................................62
IIIIII// CCoonnttrrôôlleess..................................................................................................................................63
III-1/ Généralités .........................................................................................................................63
III-1-1/ Préambule.................................................................................................................63
III-1-2/ Types d’essais ...........................................................................................................63
III-2/ Contrôles avant durcissement du béton ................................................................................64
III.2.1/ Constituants...............................................................................................................64
III.2.2/ Dosage des constituants ........................................................................................64
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III.2.3/ Contrôles des bétons frais.......................................................................................64
III.3/ Contrôles sur béton durci.......................................................................................................65
III.3.1/ Types d'éprouvettes.................................................................................................65
III.3.2/ Fréquence d'essais...................................................................................................66
III.4/ Autres essais sur bétons.........................................................................................................66
III.4.1/ Essais non destructifs ................................................................................................66
III.4.2/ Déformations.............................................................................................................67
III.4.3/ Adhérence ................................................................................................................67
III.4.4/ Autres essais ..............................................................................................................67
III.5/ Essais de durabilité ...............................................................................................................67
III.5.1/ Environnements ........................................................................................................67
III.5.2/ Porosité, perméabilité, capillarité..........................................................................68
III.5.3/ Corrosion, carbonatation .......................................................................................68
III.5.4/ Alcali-réaction ..........................................................................................................68
IIVV// FFoorrmmuullaattiioonn eett eessssaaii ((RRééff :: NNFF PP 1188 550000)).................................................................................68
III.5/ Formulation ..........................................................................................................................68
III.5/ Essais ...................................................................................................................................69
VV// PPrroopprriiééttééss ddeess bbééttoonnss ddee ssaabblleess eett mméétthhooddeess ddee vvéérriiffiiccaattiioonnss ...............................................69
CHAPITRE VII / PRATIQUES D’UTILISATION DES BETONS DE SABLE..........................................70
II// IInnttrroodduuccttiioonn...............................................................................................................................70
IIII// FFoonnddaattiioonn ..................................................................................................................................70
II.1/ Fondations superficielles .......................................................................................................70
II.2/ Fondations profondes ............................................................................................................71
II.2.1/ Généralités ..................................................................................................................71
II.2.2/ Caractéristiques des bétons de pieu pour répondre aux contraintes d’exécution ...........................................................................................................................71
II.2.3/ Technique de mise en œuvre..................................................................................72
II.2.4/ Cas particulier des pieux moulés exécutés à la tarière creuse continue........72
IIIIII// LLee bbééttoonn ddee ssaabbllee eenn bbââttiimmeenntt.................................................................................................73
III.1. / Eléments peu ou non porteurs ..............................................................................................73
III.1.1/ Blocs pleins ou creux.................................................................................................73
III.1.2/ Bandeaux Corniches Acrotères..............................................................................73
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III.2. / Éléments de structures porteurs............................................................................................73
III.2.1/ Poutres.........................................................................................................................73
III.2.2/ prédalles précontraintes..........................................................................................74
III.2.3/ Fonds de moules .......................................................................................................74
III.3/ Eléments horizontaux ............................................................................................................74
IIVV // LLee bbééttoonn ddee ssaabbllee eenn vvooiirriiee.....................................................................................................76
IV.1. / Généralités .........................................................................................................................76
IV.2. / Domaine d’application des bétons de sable ..........................................................................76
IV.3. / Caracteristiques demandées aux bétons de sable de voirie.....................................................77
IV.4. / Applications chaussées en béton –dimensionnement.............................................................78
IV.4.1/ Chaussées à fort trafic : TO et Tl.............................................................................78
IV.4.2 / Chaussées à trafic moyen : T3+ et T2 ................................................................79
IV.4.3/ Chaussées à faible trafic: T6, T5, T4, T3 et pistes cyclables ...............................80
IV.4.4 / Dimensionnement des chaussées en béton de sable .....................................81
IV.5 / Application dallages industriels ..........................................................................................82
IV.6 / Application équipements de voirie éxtrudés ........................................................................82
IV.7 / Bétons de sable compactés pour chaussées ..........................................................................82
VVII// OOuuvvrraaggeess dd’’aarrtt........................................................................................................................83
VI.1/ Destinations et exigences pour les bétons d'ouvrages d'art .....................................................83
VI.2.1/ Fondations ................................................................................................................83
VI.2.2/ Appuis........................................................................................................................83
VI.2.3/ Tabliers.......................................................................................................................83
VVIIII// AAcccceessssooiirree ddee vvooiirriiee eett rreesseeaauuxx ddiivveerrss...............................................................................83
IV.1/ Conduites d’assainissement regards ......................................................................................83
IV.1.1/ Fabrication ...............................................................................................................84
IV.1.2/ Caractéristiques des produits................................................................................84
CCOONNCCLLUUSSIIOONN...................................................................................................................................85
Partie : II ETUDE EXPERIMENTALE - APPLICATIONS ...............................................................86
IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN ..............................................................................................................................86
CHAPITRE VIII / DESCRIPTION ET CARACTERISATION DES ESSAIS ..................................87
II // MMeetthhooddeess eexxppeerriimmeennttaalleess .........................................................................................................87
I.1/ Caracteristiques physiques ......................................................................................................87
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I.1.1/ Teneur en eau naturelle ...........................................................................................87
I.1.2/ Densités........................................................................................................................87
I.1.3/ Granulométrie ............................................................................................................88
I.1.4/ Equivalent de sable...................................................................................................88
I.1.5/ Surface spécifique....................................................................................................89
I.1.6/ Retrait ...........................................................................................................................89
I.2/ Caracteristiques mecaniques ...................................................................................................89
I.3 / Essai sur béton .......................................................................................................................89
I.3.1/ Essai sur béton frais ....................................................................................................89
I.3.2/ Essai sur béton durcis.................................................................................................90
IIII // CCaarraacctteerriissttiiqquueess ddeess mmaattiièèrreess pprreemmiièèrreess ................................................................................91
II.1/ Sables ...................................................................................................................................91
II.1.1/ Propriétés du sable de rivière 1 ..............................................................................91
II.1.2/ Propriétés du sable de rivière 2 ..............................................................................92
II.1.3/ Propriétés du sable de carrière ..............................................................................93
II.1.4/ Propriétés du sable de dunes .................................................................................94
II.2/ Ciments ................................................................................................................................95
II.3/ Eau .......................................................................................................................................96
II.4/ Les fillers..............................................................................................................................97
II.5/ Adjuvants .............................................................................................................................97
CHAPITRE IX / METHODES DE FORMULATION DES BÉTONS DE SABLE .............................98
IInnttrroodduuccttiioonn ....................................................................................................................................98
II// AApppprroocchhee tthhééoorriiqquuee ddee llaa ffoorrmmuullaattiioonn ddeess bbééttoonnss ddee ssaabbllee ....................................................98
I.1/ La compacité et les méthodes de formulations des bétons..........................................................98
I.2/ Estimation du dosage en fines d'un béton de sable.....................................................................99
I.3/ Porosité et dosage en eau d’un béton de sable .........................................................................101
I.4/ Estimation du dosage en sable................................................................................................103
I.5/ Mesure de la résistance en compression..................................................................................103
IIII// MMéétthhooddee eexxppéérriimmeennttaallee ddee ffoorrmmuullaattiioonn ................................................................................106
II.1/ Présentation générale de la méthode expérimentale................................................................106
II.1.1/ Constituants des bétons de sable........................................................................107
II.1.2/ Les différentes étapes de la formulation ...........................................................107
II.2/ Conduite pratique de la méthode expérimentale .....................................................................107
Table des matières béton de sable
2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx
II.2.1/ Détermination d'une formule de base sans fines d’addition...........................107
II.2.2/ Détermination du dosage en fines d'addition..................................................110
II.2.3/ Adaptation de la maniabilité à la mise en œuvre ..........................................111
II.2.4/ Resistance ...............................................................................................................111
CHAPITRE X / ESSAI DE FABRICATION DE BETON DE SABLE ....................................................112
II // PPaarr llaa mméétthhooddee tthhééoorriiqquuee ddee ffoorrmmuullaattiioonn..............................................................................112
I.1/ Organigramme de la methode de calcul théorique ...................................................................114
I.2/ Présentation du programme de calcul .....................................................................................115
I.3/ Exemples de fabrication avec le sable de rivière 1...................................................................119
I.4/ Résultats des éssais avec la méthode théorique .......................................................................123
I.5/ Representation graphique des résultas ....................................................................................128
I.5.1/ Filler/C en fonction de C .....................................................................................128
I.5.2/ RC28 en fonction de filler/C ....................................................................................130
I.5.3/ RC28 en fonction du dosage en ciment C ..........................................................133
I.5.4/ K en fonction de Filler/C ........................................................................................136
I.5.5/ Les valeurs de Filler/C et C correspondant à la valeur de RC28 maximum ....138
IIII// EEssssaaii eexxppéérriimmeennttaall ddee ffoorrmmuullaattiioonn dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee ..........................................................141
II.1/ Détermination d’une formule de base sans fines d’addition ...................................................142
II.1.1/ Dosage en ciment .................................................................................................142
II.1.2/ Dosage en eau et en vide du béton .................................................................142
II.1. 3/ Détermination du dosage en sable ...................................................................142
II.1. 4/ Réglage de la maniabilité et du rendement de la formule...........................143
II.1. 5/ Détermination du dosage en filler ......................................................................144
IIVV// EExxeemmpplleess ddee ddiimmeennssiioonnnneemmeenntt ddee cchhaauussssééee ......................................................................148
IV.1.1/ Les données : ........................................................................................................149
IV.1/ Exemple : 1 ......................................................................................................................149
IV.1.1/ Données :...............................................................................................................149
IV.1.2/ Résultats .................................................................................................................149
IV.2/ Exemple : 2 ......................................................................................................................151
IV.2.1/ Données................................................................................................................151
IV.2.2/ Résultats .................................................................................................................151
VV// QQuueellqquueess eexxeemmpplleess ddee ccoommppoossiittiioonn dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee dd’’aapprrèèss nnooss eessssaaiiss ........................154
V.1./ Poutres ...............................................................................................................................154
Table des matières béton de sable
2007
DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx
V.2/ Pieu type B25 ......................................................................................................................154
V.3/ Eléments peu ou non porteur ................................................................................................155
V.4/ Dallage industrielle ..............................................................................................................155
VVII// RReemmaarrqquuee...............................................................................................................................156
CHAPITRE XI / AVANTAGES ET LIMITE D’EMPLOI DES BETONS DE SABLE .........................157
II // AAvvaannttaaggeess ddeess bbééttoonnss ddee ssaabbllee ..............................................................................................157
I.1/ L'ouvrabilité ..........................................................................................................................157
I.2/ Qualité d'aspect .....................................................................................................................157
I.3/ Homogénéité — Cohésion .....................................................................................................158
I.4/ Les applications privilègiees .................................................................................................158
I.4.1/ Les bétons non vibrés ...............................................................................................158
I.4.2/ La projection..............................................................................................................158
I.4.3/ les travaux en immersion : .......................................................................................158
I.4.4/ La préfabrication d'éléments destinés à rester apparents : .............................159
I.5/ Intérêt économique ................................................................................................................159
I.5.1/ Ressource locale en matière première.................................................................159
I.5.2/ Abaissement de prix de revient .............................................................................160
IIII// LLiimmiitteess dd’’eemmppllooii ....................................................................................................................160
II.1/ Limites inhérentes à la nouveauté..........................................................................................160
II.2/ Contraintes de formulation ...................................................................................................161
II. 3/ Les performances ................................................................................................................161
II.3.1/ Performances, mécaniques...................................................................................161
II.3.2/ Autres performances...............................................................................................162
II.3.4/ Les coûts ....................................................................................................................162
CCOONNCCLLUUSSIIOONN GENERALE …………………………………………………………………………………………………………………162
BBIIBBLLIIOOGGRRAAPPHHIIEE..................................................................................................................................1
AANNNNEEXXEESS ..............................................................................................................................................................................................................................................................................................................
NOM : RAKOTONIAINA
PRENOM : Volasolo
THEME : CONTRUBITION A L’ETUDE DU BETON DE SABLE-
APPLICATIONS
Nombre de pages : 162
Nombre de tableaux : 42
Nombre de figures : 49
RESUME
Le béton de sable fait partie des nouveaux matériaux de génie civil. Il
permet de valoriser des ressources minérales naturelles. Le béton de sable
ouvrable et de bonne résistance mécanique peut être utilisé à l’exemple du béton
traditionnel, si on maitrise les proportions de divers constituants. Des multiples
essais ont permis de déceler les différences entre les résistances théoriques et les
résistances expérimentales. Afin de réduire la marge d’erreur, une correction au
niveau de la constante de prise en compte des fillers a été faite. Le béton de sable
présente plusieurs atouts comme que sa maniabilité et son ouvrabilité. Son
utilisation connaît aussi des limites
ABSTRACT
The sand concrete is among the new materials of civil engineering. It
allows to increase the value of the natural mineral ressources. The workable and
good mechanical resistance sand concrete can be used like the traditional concrete
if the adjustment of constituent proportion is mastered. Several tests allow us to
increase differences between theoretical resistances and experimental resistance. In
order to minimize the margin of error, corrections for the filler constant should be
dealt with. The sand concrete has a number of assets, such as its workability. Its
use also has limits.
Mots clés : Béton de sable, sable, formulation, ouvrabilité, application,
chaussée, utilisation, fabrication
Rapporteur : Professeur RANAIVONIARIVO Gabriely
Adresse : LOT II 46 MA Bis Ampanotokana Antananarivo
Téléphone : 033 12 177 55