Spécialité : Science des Matériaux

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REPOBLIKAN’IMADAGASIKARA Fitiavana-Tanindrazana-Fandrosoana

-o0o- MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

-o0o-

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO

Département Science des Matériaux et Métallurgie

Thèse en vue de l’obtention du Diplôme de Doctoratde l’Université d’Antananarivo

Spécialité : Science des Matériaux

Intitulée

Les bétons autoplaçants : influences du type de granulat, d’adjuvant et d’ajout.

Présentée par

Hermann RAZAFINDRAVELO

Institut Supérieur de Technologie d’Antananarivo

Laboratoire National des Travaux Publics et du Bâtiment

Année 2013

Date de soutenance : 27 mars 2013

REPOBLIKAN’IMADAGASIKARA Fitiavana-Tanindrazana-Fandrosoana

-o0o- MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

-o0o-

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO

Département Science des Matériaux et Métallurgie

Thèse en vue de l’obtention du Diplôme de Doctorat de l’Université d’Antananarivo Spécialité : Science des Matériaux

Intitulée

Les bétons autoplaçants : influences du type de granulat, d’adjuvant et d’ajout.

Présentée par

Hermann RAZAFINDRAVELO

Devant le Jury composé de

Président M Philippe ANDRIANARY, Professeur

Directeur de thèse M Gabriely RANAIVONIARIVO, Professeur

Rapporteur externe M Jean Lalaina RAKOTOMALALA, Professeur

Rapporteur interne M Victor RAZAFINJATO, Professeur Titulaire

Examinateurs M RAKOTONINDRAINY, Professeur Titulaire

M Roger Marie RAFANOMEZANTSOA, Professeur Titulaire

Institut Supérieur de Technologie d’Antananarivo

Laboratoire National des Travaux Publics et du Bâtiment

Année 2013

i

REMERCIEMENTS

Tout d’abord, je tiens à remercier sincèrement Dieu tout puissant qui, par sa grâce et sa bonté, a

bien voulu me donner la santé, la force, la chance et la possibilité de poursuivre mes travaux de

recherche et de pouvoir mener à terme ces travaux de thèse, en vue de l’obtention du diplôme

de doctorat de l’Université d’Antananarivo.

Que Philippe ANDRIANARY, Professeur et Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique

d’Antananarivo trouve également mes sincères remerciements, pour avoir accepté mon

inscription afin de préparer ma thèse au sein du Département Science des Matériaux et

Métallurgie de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo.

J’adresse ma profonde gratitude à Gabriely RANAIVONIARIVO, Professeur au Département

Science des Matériaux et Métallurgie de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, qui a

bien voulu dirigé ces travaux de recherche.

Je tiens également à exprimer mes sincères gratitudes à Josoa RAMAMONJISOA, Directeur

Général de l’Institut Supérieur de Technologie d’Antananarivo, pour le soutien qu’il a apporté,

tout au long de ma carrière d’enseignant permanent au dit Institut et pour ses précieux conseils.

Mes plus sincères remerciements vont aussi à Victor RAZAFINJATO, Professeur titulaire et

Directeur de Département du Génie Civil de l’Institut Supérieur de Technologie d’Antananarivo,

qui m’a favorablement accueilli au sein de son équipe de recherche.

Je tiens à exprimer mes plus vives reconnaissances à Jean Lalaina RAKOTOMALALA, Professeur

au Département du Génie Civil de l’Institut Supérieur de Technologie d’Antananarivo (IST-T),

avec qui j’ai travaillé tout au long de cette thèse. J’ai pu profiter de ses connaissances

scientifiques et techniques, de ses conseils éclairés et d’apprécier sa constante disponibilité et sa

grande qualité humaine, c’est la raison pour laquelle, Je désire chaleureusement lui rendre

hommage ici.

Je voudrais aussi remercier Docteur Tiana Richard RANDRIAMALALA, chef de projet au

Département des Matériaux du Laboratoire National des Travaux Publics et du Bâtiment

(LNTPB) pour ses conseils et aides techniques qui m’ont été indispensables dans la réalisation de

cette recherche.

Je remercie pareillement l’ensemble des personnels des laboratoires de géotechnique de l’IST-T

et des matériaux du LNTPB, qui ont tous œuvré à la réalisation de la partie expérimentale de

ladite recherche.

Mes pensées vont également à toute ma famille et particulièrement ma femme pour leur

soutien et leur encouragement permanent.

Enfin, Je tiens à remercier toute personne ayant contribué de près ou de loin à l’élaboration de

ce travail

ii

SOMMAIRE

Remerciements

Sommaire

Nomenclature

Liste des tableaux

Liste des figures

Liste des photos

INTRODUCTION GENERALE

Partie I : CONTEXTE GENERAL ET METHODOLOGIE DE TRAVAIL

I. Contexte

II. Méthodologie de travail

III. Origine des granulats pour béton

IV. Les quelques ouvrages réalisés avec des BAP à Madagascar

V. Conclusion

Partie II : APPROCHE THEORIQUE

I. Synthèse bibliographique sur le concept des bétons

II. La formulation des bétons

III. Revue bibliographique sur le concept des bétons autoplaçants

IV. Revue bibliographique sur les méthodes de formulation des BAP

V. Fabrication, transport et mise en place des BAP

Partie III : ETUDES EXPERIMENTALES

I. Objectif de l’étude

II. Procédure expérimentale

III. Caractéristiques des constituants

IV. Formulation des bétons ordinaires témoins

V. Formulation des bétons autoplaçants

VI. Confection et conservation des éprouvettes

VII. Essais de caractérisation à l’état frais

VIII. Essais de compression à l’état durci des bétons témoins et des BAP.

CONCLUSION GENERALE

Références bibliographiques Annexes Tables des matières Résumé

iii

NOMENCLATURE

Abréviations

AFGC : Agence Française du Génie Civil

AFNOR : Agence Française de Normalisation

Aff : Affaissement du cône

BAP : Béton Autoplaçant

BAN : Béton Autonivelant

BO : Béton Ordinaire

BHP : Béton à Haute Performance

BTHP : Béton à Très Haute Performance

BTP : Bâtiment et Travaux Publics

CR : Commune Rurale

CU : Commune Urbaine

CA : Coefficient d’Aplatissement

CV : Coefficient Volumétrique

ES : Equivalent de Sable

Dmax : Diamètre maximal des granulats

di : Diamètre des granulats

D : Diamètre des gravillons

D : représente la fluidité du mortier

ESP : Ecole Supérieur Polytechnique d’Antananarivo

fc28 : Résistance caractéristique du béton à la compression à 28 jours

H : Hauteur

IST-T : Institut Supérieur de Technologie d’Antananarivo

INSCAE : Institut National des Sciences Comptable et de l’Administration d’Entreprise

LNTPB : Laboratoire National des Travaux Publics et du Bâtiment

LCPC : Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

MPa : Méga Pascal

Mf : Module de finesse

iv

NF.P : Norme Française

NBN EN : Norme Belge de référence Européenne

PME : Petite et Moyenne Entreprise

P : Charge maximale

PK : Point Kilométrique

RN : Route Nationale

Rb : Risque de blocage

S : Surface

SCB : Société de Construction de Bâtiment

V : Volume total de granulats

Vcyl : Volume du cylindre

E/C : Eau/Ciment

G : Masse totale de granulats

gi : Volume absolu de granulats

G/S : Gravillon/Sable

Minuscules grecques

σc : Contrainte à la compression

μ : Micron

μm : Micron mètre

δg : Densité absolue des gravillons

δs : Densité absolue des sables

γ : coefficient de compacité

Δth : Densité théorique

Δexp : Densité expérimentale

ωi : Masse spécifique des granulats

v

Liste des tableaux

Tableau 1 : Catégorie de personnes dans les carrières............................................................................12

Tableau 2 : Rendement journalier [m3] de production par site ...............................................................13

Tableau 3 : Prix de vente des granulats artisanaux .................................................................................14

Tableau 4 : Prix Hors taxes des granulats concassés. ..............................................................................14

Tableau 5 : Types de béton – composition et caractéristiques [44] .........................................................20

Tableau 6 : Différents types d’adjuvants pour béton *44+ .......................................................................25

Tableau 7 : Comparaison BAP – BO au niveau de la formulation .............................................................53

Tableau 8 : Limites générales de dosages pour les constituants des BAP [28] [29] [30] ...........................53

Tableau 9 : Composition des différents types de BAP .............................................................................61

Tableau 10: Dosage des différents types de constituants de BAP...........................................................61

Tableau 11 : Caractéristiques physiques et mécaniques du CEMI ...........................................................70

Tableau 12: Résultats d’analyse granulométrique du sable de rivière et du sable de carrière .................71

Tableau 13 : Densités absolue et apparente des sables ..........................................................................72

Tableau 14 : Résultats des essais du Module de finesse :........................................................................73

Tableau 15 : Résultats des essais de l’équivalence de sable ....................................................................73

Tableau 16 : Analyse granulométrique des gravillons concassés 5/15 et 15/25.......................................74

Tableau 17 : Analyse granulométrique des gravillons artisanaux 3/8, 5/15 et 15/25 ...............................75

Tableau 18 : Analyse granulométrique des gravillons artisanaux 3/8, 5/15 et 15/25 et des gravillons

concassés 5/15 et 15/25. .......................................................................................................................77

Tableau 19 : Densités absolue et apparente des gravillons .....................................................................78

Tableau 20 : Résultats des essais de Los Angeles ....................................................................................78

Tableau 21 : Résultats des essais CV et CA..............................................................................................79

Tableau 22: Caractéristiques du SP de marque : Optima 100 ..................................................................79

Tableau 23 : Caractéristiques du filler calcaire........................................................................................80

Tableau 24 : constituants de l’eau de la JIRAMA .....................................................................................80

Tableau 25 : Détermination de Dmax en fonction du ferraillage et de l’enrobage. ....................................82

Tableau 26 : Valeurs approximatives du coefficient granulaire (G) .........................................................84

Tableau 27: Valeurs de K ........................................................................................................................84

Tableau 28 : Détermination de la composition de F1 en masse et en volume pour 1 m3 de béton ..........87

Tableau 29 : Détermination de la composition pour 6 éprouvettes de la F1 ...........................................87



Tableau 32 : Détermination de la composition de F3 en masse et en volume pour 1m3 de béton ...........91




Tableau 36 : Récapitulatif des compositions en masse et en volume pour 1 m3 de béton .......................95

Tableau 37 : Détermination de la composition en masse et en volume pour BAP2. ................................98

Tableau 38 : Détermination de la composition pour 6 éprouvettes pour BAP2 .......................................99

Tableau 39 : Détermination de la nouvelle composition en masses et en volume pour BAP2 ...............100

vi

Tableau 40: Détermination de la composition pour 6 éprouvettes pour BAP2 ......................................100

Tableau 41 : Détermination de la composition en masse et en volume pour BAP3. ..............................101

Tableau 42 : Détermination de la composition pour 6 éprouvettes pour BAP3 .....................................101

Tableau 43 : Détermination de la nouvelle composition en masses et en volume pour BAP3. ..............102












Tableau 55 : Détermination de la composition en masse et en volume. ...............................................108


Tableau 57 : Détermination de la nouvelle composition en masses et en volume pour BAP9 ...............109


Tableau 59 : Récapitulatif de la composition en masse pour 1 m3 de BAP .............................................110

Tableau 60 : Normes requises pour les essais AFGC .............................................................................114

Tableau 61 : résultats de l’essai au cône d’Abrams ...............................................................................116

Tableau 62: Résultats des essais de la boite en L ..................................................................................117

Tableau 63 : Résultats des essais de stabilité au tamis..........................................................................117

Tableau 64 : Résultats des trois essais à l’état frais. ..............................................................................117

Tableau 65: Résultats des essais sur les bétons témoins. ......................................................................120

Tableau 66 : Ecarts absolues et relative des fcj ......................................................................................123

Tableau 67: Résultats des essais des BAP à la compression ..................................................................124

vii

Liste des figures

Figure 1. Courbe type de la puissance dissipée par le malaxeur en cours de fabrication [40] ..................21

Figure 2. Phénomène de blocage des armatures. ...................................................................................22

Figure 3 : Composition d’un béton ordinaire et d’un BAP -aspect à l’état frais .......................................22

Figure 4 : Action du superplastifiant - Défloculation des grains de ciment. .............................................29

Figure 5: Mécanisme d’action du superplastifiant ..................................................................................30

Figure 6 :Courbe granulaire de référence selon Dreux (Dreux 1970) .......................................................34

Figure 7. Pourcentage en volume absolu de chacun des granulats g1, g2, g3 ............................................36

Figure 8 : Essai d’étalement au cône d’Abrams.......................................................................................40

Figure 9 : Essai à la boite en L .................................................................................................................40

Figure 10: Essai de stabilité au tamis ......................................................................................................41

Figure 11 : essai de fluidité/viscosité ......................................................................................................41

Figure 12 : schématisation d’excès de pâte ............................................................................................46

Figure 13 : Volume limite de blocage Vbi en fonction du rapport de l'espacement des armatures de la

boîte en L e et le diamètre di du granulat ...............................................................................................48

Figure 14 : Modèle des courbes granulométriques des granulats ...........................................................55

Figure 15 : Modèle de la courbe optimale par rapport à la courbe idéale ...............................................56

Figure 16 : Courbe granulométrique du sable de rivière .........................................................................71

Figure 17 : Courbe granulométrique du sable de carrière .......................................................................72

Figure 18 : Courbes granulométriques du sable de rivière et du sable de carrière ..................................72

Figure 19 : Courbes granulométriques des gravillons concassés .............................................................74

Figure 20 : Courbes granulométriques des gravillons concassés et sable de carrière ..............................75

Figure 21 : Courbes granulométriques des gravillons artisanaux ............................................................76

Figure 22 : Courbes granulométriques des gravillons artisanaux et du sable de rivière ...........................76

Figure 23: Courbes granulométriques des gravillons concassés et artisanaux .........................................77

Figure 24 : Abaque permettant déterminer C/E .....................................................................................83

Figure 25 : Détermination des proportions des granulats pour F1 par Dreux ..........................................86

Figure 26: Courbes granulométriques du mélange et optimale des granulats concassés « C » 5/15 et

15/25 de la F1 .......................................................................................................................................88


Figure 28 : Courbes granulométriques du mélange et optimale des granulats artisanaux « A » 5/15 et

15/25 de la F2 ........................................................................................................................................90


Figure 30 : Courbes granulométriques du mélange et optimale des granulats artisanaux « A » 3/8, 5/15

et 15/25 de la F3. ...................................................................................................................................92


Figure 32 : Courbes granulométriques du mélange et optimale des granulats artisanaux « A » 3/8 et 5/15

de la F4 ..................................................................................................................................................94

Figure 33 – Evolution de la résistance à la compression des bétons classiques .....................................121

Figure 34 : Evolution de la résistance à la compression des bétons BAP1 à BAP5 ...................................125

Figure 35 : Evolution de la résistance à la compression des bétonsBAP6 à BAP9 ....................................125

viii

Liste des photos

Photo 1 et Photo 2 : Sites de fabrication des matériaux et granulats artisanaux ...................................... 7

Photo 3 : Site d’exploitation d’Antsobolo ...............................................................................................11

Photo 4 : Carrière Loharanombato .........................................................................................................12

Photo 5 et Photo 6 : Catégories des personnes sur les carrières. ............................................................13

Photo 7 : Dispositif des essais pour les BAP à l’état frais .........................................................................39

Photo 8 : Lieu de stockage des granulats pour les essais.........................................................................60

Photo 9 : Le filler calcaire et superplastifiant mélangés avec du mortier .................................................60

Photos 10,11 et 12 : Différents types des essais en Laboratoire .............................................................63

Photo 13 : Centrale de concassage de granulats .....................................................................................64

Photo 14 : Lieu de stockage et de vente des granulats artisanaux ..........................................................64

Photo 15 : Échantillonneur .....................................................................................................................65

Photo 16 : Appareil de mesure de l’ES du LNTPB ....................................................................................68

Photo 17: Appareil de Los Angeles du LNTPB..........................................................................................69

Photo 18 : Malaxage et Remplissage du BAP dans des éprouvettes ......................................................112

Photo 19 : Conservation des éprouvettes à une température de 20 °C .................................................113

Photo 20 : Etalement du BAP et Photo 21 : Mesure d’étalement ..........................................................115

Photos 22: Essais de la boite en L .........................................................................................................115

Photo 23 : Essai de stabilité au tamis ...................................................................................................116

Photo 24 : Pesse hydraulique manuelle ................................................................................................118

Photo 25 : Surfaçage et mis en place des éprouvettes dans la presse ...................................................118

Photo 26 : Essai de compression ..........................................................................................................119

1

INTRODUCTION GENERALE

2

Les bétons autoplaçants (BAP), développés depuis une vingtaine d’années, sont encore à

l’heure actuelle qualifiés de « nouveaux bétons » car leur utilisation reste modeste au niveau

mondial bien qu’ils possèdent un fort potentiel de développement.

A Madagascar, ce type de béton reste encore méconnu par le public et même par les

professionnels du secteur concerné tant sur sa formulation que sur sa mise en œuvre.

La spécificité des BAP par rapport aux bétons traditionnels réside par le fait qu’ils sont

extrêmement fluides et qu’ils ne nécessitent pas de vibration pour être mis en œuvre. Se

compactant sous l’effet de leur propre poids, ils peuvent être coulés dans des zones très

ferraillées ou dans des zones d’architecture complexe et difficilement accessibles.

La suppression de la phase de vibration présente également l’intérêt d’améliorer les conditions

de travail sur site, ainsi que le confort acoustique au voisinage du chantier plus

particulièrement en zone urbaine.

En effet, leur composition spécifique nécessite la mise en place d’un contrôle soutenu de leur

formulation, ainsi qu’un contrôle de leurs propriétés à l’état frais, avant la mise en œuvre. La

maîtrise de ces matériaux n’est pas encore acquise, en témoigne la diversité des études

menées afin d’appréhender le comportement du BAP.

Les essais qui sont mis au point pour caractériser les BAP à l’état frais, concernent deux

propriétés essentielles et indissociables: la fluidité et l’homogénéité. Apparaissant comme

contradictoires, elles sont toutes les deux nécessaires pour l’obtention d’une construction

fiable et d’une qualité esthétique de parement indéniable, mais également conforme aux

exigences techniques préconisées.

Il est donc indispensable de s’assurer en amont que l’ensemble des matériaux pour la

confection du BAP restera stable, aussi bien lors de la phase de mise en œuvre qu’après et

durant la période dite « dormante » précédant la prise. L’objectif de ce travail est la maitrise de

la technique des BAP adaptée aux ressources locales disponibles afin de permettre aux acteurs

du génie civil à Madagascar de l’utiliser en tant que outil.

La première partie concerne la phase introductive de la recherche en passant par le contexte,

les objectifs et la méthodologie de travail. L’origine des granulats, leur mode de fabrication et

leur rendement de production sont aussi traités dans cette partie.

La seconde partie constitue la synthèse bibliographique sur le concept des bétons, en

particulier les bétons autoplaçants (BAP) et la revue bibliographique des techniques de

formulation des BAP ainsi que la formulation des bétons en général.

3

Enfin, la troisième partie concerne l’ensemble des approches expérimentales à partir de

l’identification des matériaux utilisés et de l’application pratique des méthodes de formulation

des bétons, en passant par les essais à l’état frais des BAP et à l’état durci pour les deux types

de bétons. Les résultats de ces essais sont alors exploités, analysés et suivis des

recommandations.

4

Partie I : CONTEXTE GENERAL ET METHODOLOGIE DE TRAVAIL

5

Dans cette étape, il a été question de passer en revue l’introduction proprement dite de la

recherche à travers le contexte, les objectifs et la méthodologie de travail. Elle parle aussi de

l’origine des granulats, de leur mode de fabrication et de leur rendement de production ainsi

que l’orientation générale de l’étude.

Contexte

La découverte du ciment hydraulique, a permis aux professionnels dans les secteurs du

bâtiment et du génie civil d’accéder à un matériau malléable à l’état frais et ayant les propriétés

de pierre à l’état durci. Le mélange eau-ciment joue le rôle de liant et permet la fabrication du

béton en agrégeant du sable et des gravillons.

Le béton occupe, depuis son invention, la première place en volume d’utilisation des matériaux

dans ces secteurs. Son intérêt, entre autres, vient de sa grande facilité de mise en œuvre, ses

performances mécaniques et sa durabilité. Il présente également d’autres qualités, telles

qu’une excellente tenue au feu, une grande résistance aux chocs, une bonne protection contre

les radiations nucléaires, etc… Toutefois, le matériau béton doit s’adapter de manière continue

à de nouvelles exigences de l’évolution technologique et des nouveaux besoins.

Les besoins des divers intervenants dans le projet de construction ont beaucoup évolué ; c’est

la raison pour laquelle, les maîtres d’ouvrages exigent un béton durable et de bonne qualité.

Les maitres d’œuvres et les entreprises, quant à eux, cherchent autant à réduire que possible le

coût et le temps de mise en œuvre tout en assurant une sécurité sans faille. Cela se traduit par

l’utilisation du béton à rhéologie contrôlée et conduisant à des résistances plus élevées.

Face à ces besoins, les évolutions les plus remarquables du béton concernent essentiellement

sa résistance à la compression et sa maniabilité.

Du point de vue de résistance, on peut citer, entre autres, les bétons à hautes performances

(BHP) et les bétons à très hautes performances (BTHP), mais au niveau de la maniabilité et

aussi de résistance, on dispose actuellement de bétons fluides qui peuvent être mis en œuvre

sans vibration. Ces bétons ont été initialement mis au point par des chercheurs de l’université

de Tokyo au Japon vers les années 1980. Il s’agit des bétons autoplaçants (BAP) utilisés pour les

coulages d’éléments verticaux (poteaux, voiles…) et des bétons autonivelants (BAN) destinés

aux éléments horizontaux (dalles de compression, dallages, chapes flottantes…).

Dans les Pays développés, entres autres, le Japon, le Canada et en Europe, vers les années

quatre-vingt et quatre-vingt-dix, les études relatives aux bétons à Hautes Performances ont

montré le rôle néfaste de l’excès d’eau. La réduction de cette quantité d’eau, par emploi de

défloculant et par correction de l’empilement granulaire via les ultrafines, a conduit aux gains

de résistance et de durabilité incontestables.

En prolongement de ces travaux scientifiques, l’amélioration constatée de l’ouvrabilité de ces

nouveaux bétons a conduit les chercheurs à développer et à fiabiliser cette propriété.

6

Aujourd’hui, en totale continuité avec les bétons à haute performance, c’est un changement

d’objectif constituant une véritable révolution culturelle que proposent les bétons

autoplaçants : l’étude du matériau n’est plus seulement gouvernée par l’amélioration de la

résistance et la pérennité. Toutefois ces dernières propriétés restent calées à des niveaux

équivalents ou supérieurs à celles des bétons courants. Ce sont désormais, avec les bétons

autoplaçants, les aptitudes à être aisément mis en œuvre sans vibration qui sont devenues

prioritaires. Ces aptitudes vont avoir de grandes conséquences en termes de délai d’exécution,

de réduction de matériels, de qualité de bétonnage, de facilité de mise en œuvre, de respect du

voisinage et de moindre pénibilité pour les ouvriers.

De ce fait, compte tenu de l’évolution positive et prometteuse de la construction moderne à

Madagascar, les professionnels dans les secteurs concernés et les enseignants-chercheurs en

particulier, doivent faire de réflexions et d’actions, pour que les « bétons autoplaçants »

trouvent, dès aujourd’hui et sous les aspects qui les concernent (formulation, méthodes,

matériel, productivité et économie, sécurité, etc…) une place importante dans lesdits secteurs.

Aussi, il est à noter que dans notre pays, beaucoup reste à faire concernant le domaine de la

construction en générale, mais dans le cadre de cette étude, on va essayer de mettre exergue

la part importante des granulats de fabrication artisanale dans la confection de bétons et ceci

entre dans le cadre de la valorisation de ces matériaux locaux, pour le développement socio-

économique Madagascar.

Compte tenu des enjeux concernant la fabrication artisanale des granulats, ce travail a pour but

d’étudier les rôles joués par les granulats artisanaux dans la formulation des bétons en général

et en particulier les bétons autoplaçants ainsi que leurs modalités de mise en œuvre.

Méthodologie de travail

Etudes préliminaires

La recherche devra être conduite en associant :

- une partie de recherches bibliographiques sur l’ingénierie des bétons ;

- une partie des travaux sur terrain : enquêtes ;

- ainsi qu’en laboratoire : études et caractérisation du BAP.

Aussi, le premier chapitre de cette recherche est destiné à l’étude bibliographique et se divise

en trois parties. Des rappels sur l’ensemble des processus de mise en œuvre de bétons, depuis

la confection jusqu’au coulage dans le coffrage, sont présentés en première partie. La deuxième

partie traite du comportement rhéologique du BAP à l’état frais et on expose les essais

nécessaires pour valider les normes requises ou le cahier de charges préconisé par l’AFGC [17].

La dernière partie traite les formulations empiriques et récentes.

7

Le deuxième chapitre est consacré à l’expérimentation qui va nous permettre d’étudier les

granulats normalisés de concassage et les granulats de fabrication artisanale, ensuite, les

analyser, discuter et interpréter. Enfin, il faut apporter une éventuelle correction par rapport

aux résultats obtenus et surtout des recommandations.

La base de ces études est la recherche des documents techniques disponibles : recherche

bibliographique et webographique.

Enquêtes sur terrain.

- Sites de fabrication de matériaux

Le but est de savoir les différents types des granulats artisanaux cassés sur place ainsi que leur

rendement de production journalière et d’apprécier la part du marché local des matériaux

rocheux de fabrication artisanale comme indiquent les photos 1 et 2 de quelques sites ci-après.

Justification : prise en compte de ce type de matériaux locaux dans la fabrication du BAP.

- Ouvrages réalisés en BAP

Le but est de savoir à quel niveau ce nouveau matériau a été déjà choisi et utilisé dans la

construction moderne à Madagascar.

Justification : formulation des recommandations aux entreprises locales concernant l’utilisation

du BAP.

Photo 1 et Photo 2 : Sites de fabrication des matériaux et granulats artisanaux

8

Recherche en laboratoire

Caractérisation des matériaux de base

Au vu des résultats de recherche sur l’ingénierie du BAP, la confection des éprouvettes pour les

essais doit être précédée des études sur les matériaux constitutifs (granulométrie, équivalent

de sable,…) en vue d’une formulation appropriée par rapport à la méthode adoptée.

Essais sur le BAP à l’état frais *51+

Les essais sur le BAP à l’état frais permettront de prédire son comportement en phase de mise

en œuvre : maniabilité et fluidité. Il s’agit de l’essai au cône d’Abrams, à la boîte en L et à la

stabilité au tamis.

Mesure de la qualité mécanique du BAP à l’état durci

Il s’agit de déterminer les performances mécaniques du BAP, notamment la résistance

caractéristique à la compression, tout en considérant les natures des granulats existant à

Madagascar.

Optimisation : la variation de la teneur en liant, d’adjuvant et de type de granulat permettra de

déterminer la plage optimale de son dosage.

Orientation de la recherche

Consistance principale de la recherche

Dans le cadre de cette recherche, il faut étudier à la fois, ce qui concerne d’abord les BAP

fabriqués avec des granulats de concassages normalisés provenant d’une centrale de

concassage et les BAP fabriqués avec des granulats de type artisanal. Ensuite, il s’avère

nécessaire de faire une étude comparative, et s’il y a un écart au niveau de leur formulation

afin de répondre aux normes requises, il serait souhaitable d’en apporter une correction

éventuelle ainsi que des recommandations qui s’imposent pour que lesdites normes soient

respectées dans l’ensemble de l’approche système de fabrication des BAP.

Valorisation des matériaux de fabrication artisanale

Il a été constaté d’après les enquêtes effectuées dans le cadre de ce travail que la production

artisanale des granulats occupe une place importante dans la construction des ouvrages en

génie civil et du bâtiment à Madagascar, notamment, dans la capitale à Antananarivo et ses

environs et même dans les autres provinces. Les données recueillies dans le cadre de cette

étude, confirment l’importance de la production artisanale des granulats sur le marché de

matériaux granulaires.

En outre, il est à noter que la moyenne d’âge des grandes carrières de production artisanale de

granulats est comprise entre 20 ans à 100 ans. Cela veut dire que depuis 100 ans, il existait

déjà des personnes ou des artisans qui ont pratiqué la fabrication artisanale de granulats. A

9

partir de cette étude, on peut dire que ladite pratique fait partie de notre patrimoine culturel et

mérite d’être valorisée et diffusée après ce centenaire d’existence.

La recherche a deux objectifs visés. Tout d’abord, la maîtrise de la technique de fabrication de

bétons selon les conditions du maître d’ouvrage et des entreprises ainsi que la valorisation des

ressources locales disponibles, particulièrement, l’utilisation des granulats de fabrication

artisanale.

Aussi, le présent travail a pour objectifs de comprendre l’influence du mode de fabrication des

granulats entrant dans la confection de bétons à base de matériaux locaux, notamment : le

sable de carrière, le sable de rivière, les gravillons de concassage et de type artisanal, ensuite

de mettre en évidence les éventuelles interactions entre les constituants. Il s’agit de voir la

qualité des bétons obtenus avec des gravillons cassés manuellement ainsi que sa mise en

œuvre avec du sable de rivière par rapport aux bétons obtenus avec des gravillons de

concassage.

La qualité des bétons dépend à la fois de la formulation et de la qualité même de granulats à

mettre en œuvre. La mise en évidence des effets du mode de fabrication des granulats sur la

granulométrie des bétons ainsi que sur leur comportement à l’état frais et à l’état durci est

d’une grande importance pour un plus large usage de ces matériaux.

En d’autres termes, la fabrication artisanale des gravillons est, aussi, porteur d’emploi pour les

différentes catégories de personnes touchées par ce métier à Madagascar et surtout à

Antananarivo.

Vers la normalisation des matériaux de fabrication artisanale

Il est programmé d’étudier particulièrement, les BAP fabriqués avec des granulats de type

artisanal en vue de leur normalisation afin de répondre aux normes requises. Le but est de

pouvoir caler leurs classes granulométriques dans la confection des BAP afin de se prononcer,

tout d’abord, sur leur performance en dépit des granularités différentes, de confirmer la

possibilité pour les granulats artisanaux de concurrencer les granulats de concassage , puis

d’élargir leur champ d’application et enfin de formuler des éventuelles recommandations

spécifiques quant à leur mise en œuvre.

L’objectif de développement est de fournir aux acteurs du génie civil à Madagascar la technique

adéquate, en leur fournissant les avantages de l’utilisation des granulats artisanaux et les

précautions d’utilisation par rapport au contexte local, tout en respectant les normes

techniques dans la fabrication des bétons.

Avant la vulgarisation et la diffusion de l’utilisation des granulats artisanaux dans la fabrication

des BAP, la normalisation de ces granulats fait partie des résultats attendus dans le cadre de la

présente recherche.

10

Par ailleurs, en ce qui concerne le respect de l’environnement, l’utilisation des explosifs et

l’émission de poussière de pierre dans une centrale de concassage, constitue un effet négatif et

néfaste ; ce qui est, par contre, très limitée pour le site de fabrication manuelle.

Promotion des Petites et Moyennes Entreprises (PME)

Les Petites et Moyennes Entreprises et les particuliers sont obligés de recourir aux granulats de

fabrication artisanale dans l’approvisionnement de leur chantier pour des raisons, d’une part,

des prix qui sont très compétitifs et encore négociables auprès des revendeurs par rapport aux

granulats de concassage, et d’autre part, de la limite des stocks dans les centrales de

concassage.

Par ailleurs, dans les zones enclavées, presque dans tout Madagascar, les PME qui construisent

des écoles ou des centres de santé de base sont obligées de casser des blocs de pierre naturelle

existants le plus près possible de leurs sites de construction afin d’avoir des gravillons pour

l’approvisionnement de leur chantier. Nous avons également noté la régularité de la

granulométrie de leur matériau.

De ce fait, les PME sont parmi les premiers concernés par l’utilisation de ces granulats

artisanaux. Donc, il est plus que nécessaire qu’elles soient conscientes des enjeux occasionnés

par ces granulats, tant sur le plan technique que sur le plan économique.

Le développement et la promotion de ces PME dépendent de l’utilisation rationnelle des

granulats tout en respectant les recommandations et les normes techniques qu’on va sortir

dans le cadre de cette recherche.

Origine des granulats pour béton

D’après les enquêtes que nous avons réalisées, l’origine des granulats destinés pour

confectionner de bétons dans la ville d’Antananarivo et ses entourages est en somme de deux

classes : fabrication artisanale et issue de carrière professionnelle. Ce qui est valable dans les

différentes régions du pays, là où la fabrication artisanale domine souvent.

Les granulats artisanaux

Les sites de grandes carrières pour la fabrication artisanale des gravillons dans les périphéries

de la capitale sont les suivants :

- Carrière d’Andrambato à Ambodifasika-Commune Rurale (CR) Itaosy ;

- Carrière d’Ambohitromby - CR Ambohijanaka gare ;

- Carrière Ambatomirahavavy- CR Fenoarivo ;

- Carrière d’Ankadivoribe – CR Bevalala ;

- Carrière d’Ambohimiadana – CR Faliarivo à Ampitatafika ;

11

- Carrière de Loharanombato – CR Ampitatafika ;

- Carrière d’Ambohimahitsy – CR Ambohimangakely ;

- Carrière d’Antsobolo – CU Antananarivo ;

- Carrière de Vontovorona – CR AlakamisyFenoarivo

Ces sites de fabrication artisanale des granulats sont indiqués sur des photos ci-joint : la

carrière d’Antsobolo sur la photo aérienne 3, dans la Commune urbaine d’Antananarivo et la

carrière de Loharanombato sur la photo 4, dans la Commune Rurale d’Ampitatafika. Les autres

photos sont présentées en annexe A de ce document de thèse.

Photo 3 : Site d’exploitation d’Antsobolo

N

12

Photo 4 : Carrière Loharanombato

Le nombre de personne qui travaille pour chaque site varie entre 50 à 160 personnes en

moyenne par jour et les gravillons produits sont, de par leur appréciation, de catégories : 3/8,

5/15 et 15/25. Leur rendement de production est en moyenne de 0,25 m3/ jour/ personne pour

les hommes et la moitié pour les femmes, pour une durée journalière de travail de 7 heures de

temps. La répartition par catégorie de personnes qui travaillent dans les carrières est montrée

dans le tableau 1 suivant :

Tableau 1 : Catégorie de personnes dans les carrières

Situation familiale Pourcentage (%)

Couple 10

Mère de famille 40

Jeune célibataire 15

Pères de famille 35

Source : groupement des artisans

Le travail est pénible, mais compte tenu, d’une part, de la demande croissante des granulats de

type artisanale pour la fabrication des bétons dans les constructions de Bâtiments et des

ouvrages en génie civil, et d’autre part, vu le problème de chômage dans notre pays, ce métier

attire beaucoup de personnes, tous sexes confondus.

A titre indicatif, les photos 5 et 6 montrent la catégorie des personnes travaillant sur les

carrières.

13

Photo 5 et Photo 6 : Catégories des personnes sur les carrières.

Les outillages utilisés dans les carrières sont tous manuels et peuvent être confectionnés

localement sauf les dynamites de carrière avec de détonateur électrique, activés avec de

batterie ou pile par l’intermédiaire de fils de rallonge de 100 m à 150 m pour de raison sécurité.

Ces outillages sont généralement les suivants : Brouettes, Pelles, Massettes, Masses de 2 kg, 5

kg, 8 kg , Barre à mines, Burin, Tamis, Corde de sécurité, Demi-fût ainsi que les Fleurets manuels

de (80 cm, 1 m, 1,70 m, 2 m) pour le perçage de bloc de pierre avant dynamitage.

Les renseignements recueillies auprès de groupement des artisans ont mentionnés que les

gravillons cassés présentent des avantages du point de vue adhésion et de résistance à la

traction ainsi que de résistance à la flexion dans la fabrication du béton, du fait qu’ils

présentent des arrêtes irréguliers et dentés. Par contre les granulats de concassages ont de

bonne compacité et de résistance à la compression élevée, parce qu’ils ont des arrêtes réguliers

et lisses.

Tableau 2 : Rendement journalier [m3] de production par site

Sites Nombre

de personnes

Hommes [%]

Femmes [%]

Rendement Hommes

Rendement Femmes

Rendement Total

Andrambato 90 60 40 13,50 4,68 18,18

Ambohitromby 120 40 60 12,00 9,36 21,36

Ambatomirahavavy 160 50 50 20,00 10,00 30,00

Ankadivoribe 120 60 40 18,00 6,24 24,24

Ambohimiadana 130 40 60 13,00 10,40 23,40

Ambohimahitsy 150 50 50 18,75 9,38 28,13

Loharanombato 75 40 60 11,00 9,50 20,50

Antsobolo 120 60 40 30,00 5,00 35,00


14

Seules, les Grandes Entreprises de Construction (Colas, SCB…) disposent de centrales de

concassage pour la fabrication des granulats qui leurs sont nécessaires pour la fabrication des

bétons dans leurs chantiers respectifs et mis en ventes aux particuliers et PME.

Le rendement de production par site d’après les personnes concernées par la fabrication

artisanale des granulats va nous permettre d’avoir les données sur le tableau 2 ci-dessus.

Le rendement par site, selon leur importance et la catégorie de personne varie de 18 à 35

m3/jour, pour une moyenne journalière de 25,10 m3/jour

En moyenne, le rendement total dans les huit sites à Antananarivo et ses environs est

de 200,80 m3/jour.

Les prix de vente des gravillons de fabrication artisanale sont donnés dans le tableau 3 ci-après.

Tableau 3 : Prix de vente des granulats artisanaux

Désignations Types Prix par m3 [Ar]

Sable de rivière 0/5 14 000

Gravillons 3/8 35000

Gravillons 5/15 30 000

Gravillons 15/25 25 000


Il est constaté sur le tableau 3 ci-dessus que les prix de vente des gravillons artisanaux sont

inversement proportionnels à leur granulométrie, c'est-à-dire que si la granulométrie diminue,

le prix de vente augmente.

Fabrication en centrale des granulats

La centrale de fabrication industrielle de granulats de la société COLAS au PK 13 de la RN7au

niveau de la commune rurale d’Ambohijanaka, District d’Atsimondrano, produit des granulats

pour bétons tels que le sable 0/5, les gravillons 5/10 et 10/20 ainsi que les tous venants 0/31,5.

Cette centrale produit des granulats qui leurs sont nécessaires pour leurs chantiers dans la

Capitale et ses environs, et en plus, ladite société met en vente au public les granulats

susmentionnés et suivant les prix hors taxes indiqués dans le tableau 4 ci-après.

Tableau 4 : Prix Hors taxes des granulats concassés.

Source : Société Colas

Désignations Types Unité Prix de ventes

Sable de carrière 0/5 Ar/T 10 500

Gravillon 5/10 et 10/20 Ar/T 36 300

Tout-venant 0/31,5 Ar/T 35 700

15

Il est constaté sur le tableau 4 ci-dessus que, quel que soit la granulométrie des gravillons le

prix de vente est le même.

La SCB du groupe RAJABALY dispose d’une carrière avec une centrale de fabrication de

granulats au PK 18 sur la RN4 sis à Anosiala, District Ambohidratrimo. Elle produit de sable de

carrière 0/5, des gravillons 5/15et 15/25 qui leurs sont utiles pour l’approvisionnement de leur

centrale à « béton prêt à l’emploi » d’Antananarivo-Sud, près de la gare routière axe Sud

(Fasankarana). Les bétons fabriqués par ladite centrale sont destinés pour leurs chantiers de

construction à Antananarivo et ses environs et surtout mis en vente au public. Pour la vente au

public, le dosage et la spécificité du « «béton prêt à l’emploi » se font suivant leur demande.

Les quelques ouvrages réalisés avec des BAP à Madagascar.

D’après la société COLAS, titulaire des travaux en gros œuvre, la Tour Orange à Ankorondrano a

été réalisée avec du béton fluide ou du béton pompé pour faciliter sa mise en œuvre, compte

tenu de la hauteur du bâtiment qui est de trente étages et en plus, dans un souci d’avoir la

meilleur qualité de parement possible, aussi bien que de la résistance à la compression

optimale, conformément au cahier de charges.

Pour obtenir un béton fluide, il ne s’agit pas d’ajouter de l’eau, au contraire, une telle

manipulation conduit à des phénomènes de ségrégation entrainant une chute de performance.

Il s’agit de trouver la composition optimale entre les différents constituants (granulats, sable,

ciment, eau et adjuvant), et de garantir l’absence de ségrégation et de ressuage. Comme celle

de la SCB, la société COLAS dispose d’une centrale à « béton prêt à l’emploi » qui est exploitée

pour leurs chantiers respectifs, aussi bien que pour la vente aux particuliers et aux Petites et

Moyennes Entreprises (PME).

Les constituants dudit béton fluide sont sensiblement identiques au BAP parce qu’en plus de sa

composition (eau+ciment+granulats+fines), on utilise d’adjuvant tel que le superplastifiant.

Ladite Société utilise aussi du béton très fluide pour les fondations sur pieux dans le but de

faciliter la mise en œuvre, d’avoir une rapidité d’exécution et afin d’obtenir la résistance à la

compression prescrite dans le cahier de charges de l’ouvrage à réaliser. Tel était le cas des

pieux pour la fondation du pipeline d’Ambatovy.

D’après la SCB, elle a déjà réalisé des ouvrages avec du béton fluide ou béton très fluide et

depuis quelques années. Ce sont surtout les entreprises chinoises qui recommandent ces types

de bétons (exemple : les pieux de fondation du nouveau Bâtiment de l’INSCAE sis au 67 ha et

autres). De ce fait, beaucoup de Bâtiment et d’ouvrage sont déjà réalisés avec des bétons

fluides et très fluides, qui ont à peu près la même formulation que le BAP, mais seulement, les

grandes entreprises les utilisent suivant la demande des maîtres d’œuvre ou des architectes,

sans pour autant maîtriser la formulation conformément à la norme requise du BAP.

16

Conclusion

Tenant compte de tous ces aspects (économique, qualité technique, emploi et culturel) et après

avoir comparé avec les granulats de concassage, sur tout le plan, on peut conclure que dans le

secteur du BTP, la place des granulats de fabrication artisanale n’est pas du tout négligeable et

mérite d’être valorisée et renforcée techniquement. Ils occupent dans l’approvisionnement des

chantiers de construction des Bâtiments et du génie civil, une part importante du marché à

Madagascar et en particulier dans la capitale et ses environs ainsi que dans les zones enclavées.

17

Partie II : APPROCHE THEORIQUE

18

Cette partie traite la synthèse bibliographique sur le concept des bétons en général, et en

particulier les bétons autoplaçants (BAP) et la revue bibliographique des techniques de

formulation des BAP ainsi que la formulation proprement dite des bétons et des BAP.

I. Synthèse bibliographique sur le concept des bétons

Dans ce chapitre, il a été question de traiter l’ensemble de mécanismes de fabrication et de mis

en œuvre des bétons en général et en particulier des BAP. Pour les différents types de béton, il

passe en revue les ajouts minéraux et les adjuvants chimiques couramment utilisés.

Constituants

Les trois composants de base d’un béton sont : l’eau, le ciment et les granulats. Des additifs

peuvent y être rajoutés dans le but de modifier les propriétés telles que la maniabilité et la

résistance. Le béton est donc un matériau hétérogène dont les caractéristiques physico-

chimiques et mécaniques des divers constituants sont différentes et chacun de ses composants

joue un rôle bien précis dans le mélange.

Le ciment portland est un mélange composé, suivant le cas, de clinker, de gypse, finement

broyés et d’ajouts éventuels. La taille des grains du ciment portland ordinaire varie de quelques

microns à150 microns. Ses caractéristiques granulaires sont exprimées au travers de sa

granulométrie et de sa finesse. La finesse est souvent caractérisée par sa surface massique ou

surface de Blaine qui représente la surface totale des grains de ciment rapportée à la masse ;

Elle s’exprime en cm2/g. La finesse habituelle est de l’ordre de 3000 cm2/g, elle passe à 4000

cm2/g et plus pour les ciments à forte résistance au jeune âge.

Le clinker est obtenu par cuisson à 1450°C suivi d’une trempe de mélange d’environ 80 % de

calcaire (CaCO3) et 20 % d’argile. L’argile est composée de silice (SiO2), d’alumine (AI2O3) et

d’autres phases qui sont présentés à faible proportions telles que l’oxyde de fer (Fe2O3), le

magnésium (MgO), l’oxyde de potassium (K2O), l’oxyde de sodium (Na2O). Ces oxydes sont

présent dans le clinker sous forme de cristaux de silicate tricalcique C3S (Ca3SiO5) dénommé

alite), de silicate bi calcique C2S et d’autres phases mineures. Le C2S, le C3A et le C4AF

représentent respectivement 15 à 30%, 5 à10% et 5 à 15% du clinker classique.

Des ajouts, tels que les cendres volantes, les fillers, laitiers, entrent dans la majorité des

compositions du ciment dans le but d’améliorer ses caractéristiques rhéologiques et/ou

mécaniques. On obtient ainsi un liant de composition binaire voire tertiaire. Les fumées de

silice, lorsqu’elles entrent dans la composition de liant, peuvent par leur finesse s’insérer entre

les grains de ciment et augmente ainsi la compacité du béton. Ce sont des particules sphériques

de très faible diamètre de l’ordre du dixième de micron.

19

Le filler calcaire est un matériau très finement broyé, ayant une finesse à peu près identique à

celle du ciment portland. Il a pour rôle de remplir les vides entre les sables et les gravillons.

Selon la norme, la teneur en filler calcaire est limitée à 5% de la masse du ciment.

Compte tenu des liaisons électriques entre cations et anions rompues par broyage du clinker et

gypse, on trouve à la surface des grains de ciment des sites chargés électriquement. Ces grains

sont généralement chargés négativement. Selon Bombled [37], il y a trois fois plus de charges

négatives que positives.

Les granulats proviennent dans la plupart des cas des roches naturelles. La forme, la texture de

la surface et la concentration en granulats influent d’une manière considérable sur le

comportement du béton à l’état frais.

L’eau présente dans le béton joue deux fonctions principales : elle lui confère sa maniabilité à

l’état frais (ses propriétés rhéologiques) et assure l’hydratation du ciment. L’eau est constituée

de molécules polaires de H2O. Ces particules exercent les unes et les autres des forces

d’attraction de type Van der Waals qui jouent un rôle fondamental sur ses propriétés

rhéologiques. L’eau étant un milieu diélectrique, elle modifie les forces inter granulaires et son

action n’est pas négligeable pour les grains très fins (ciment et les fines).

Les adjuvants se distinguent essentiellement par ses rôles d’accélérateurs ou de retardateurs

de prise, les adjuvants réducteurs d’eau (plastifiant) et hauts réducteurs d’eau (superplastifiant

ou fluidifiant). Le dosage en adjuvants n’excède pas 5% de la masse du ciment. Les adjuvants

réducteurs d’eau et hauts réducteurs d’eau, comme leur nom l’indique, permettent de

diminuer la quantité d’eau de gâchage tout en ayant une bonne maniabilité du béton à l’état

frais lors de sa mise en œuvre. Les fluidifiants sont des macromolécules de composition

organique de synthèse et ont une propriété dispersante (Boroghel-Bouny [7]). Les

superplastifiants sont des adjuvants à haut pouvoir de réduction d’eau. Ils ont pour rôle de

maintenir une maniabilité donnée tout en diminuant la quantité d’eau dans le béton. Ils

permettent ainsi d’obtenir un béton plus résistant en raison de la réduction de l’eau. A titre

indicatif, les superplastifiants permettent de réduire la teneur en eau de 25 à 35% tout en

gardant une mêle maniabilité.

Fabrication

La pâte, mélange de ciment et d’eau et éventuellement avec des ajouts, présente à l’intérieur

du béton joue à la fois le rôle de liant et de remplissage. C’est l’élément actif du béton et elle

représente environ 30% du volume du béton. Les granulats constituent un squelette inerte

dispersé dans cette pâte. La présence des granulats dans le mélange limite la propagation des

fissures de la pâte due au retrait. Une grande panoplie de bétons est actuellement à la

disposition des professionnels du secteur comme indique le tableau 5 ci-après.

20

Tableau 5 : Types de béton – composition et caractéristiques [44]

Type de béton Composition Caractéristiques

Ordinaire (BO) Eau + ciment + granulats E/C = 0,5 à 0,6 20 MPa≤ fc28 ≤ 50 MPa

Hautes performances (BHP)

Eau + ciment + granulats + adjuvant réducteur d’eau

0,35 ≤ E/C ≤ 0,4 50 MPa ≤ fc28 ≤ 80 MPa

Très hautes performances (BTHP)

Eau + ciment + granulats + super plastifiant réducteur d’eau + fumée de silice

0,20≤ E/C ≤ 0,35 80 MPa ≤ fc28 ≤ 150 MPa

Autoplaçant (BAP)

Eau + ciment + granulats + fines (cendre volante, laitier de haut fourneau, fine calcaire) + super plastifiant + agent de viscosité

G/S = 1

Béton très fluide, homogène et stable, mis en œuvre dans le coffrage par le seul effet de la gravité et sans aucun procédé de serrage.

fc28 : Résistance à la compression à 28 jours d’âge.

Dans la phase de Malaxage, les divers constituants d’un béton sont malaxés de façon à avoir un

matériau de composition homogène, ayant par la suite des propriétés uniformes. Ceci se fait

soit avec un malaxeur à béton à train valseur qui consiste en un brassage forcé des divers

constituants du béton, soit avec une bétonnière qui homogénéise le mélange par gravité en

soulevant un volume de matériau et en laissant par la suite tomber dans la masse.

Lors d’un essai en laboratoire, il est nécessaire d’adopter rigoureusement une même procédure

de malaxage des mélanges afin d’avoir des matériaux ayant des propriétés quasi-constantes

pour chaque gâchée. Cela concerne à la fois le temps de malaxage, la vitesse de malaxage et la

séquence d’introduction des constituants dans le malaxeur. Selon Neville [36], ces paramètres

influent de manière significative sur la teneur en air du mélange. Suivant la norme NF P 18-305,

un temps de malaxage minimal de 35 et 55 secondes est respectivement exigé pour les bétons

ne comportant pas d’adjuvant ou d’additions et les bétons avec adjuvants.

Un suivi de la puissance consommée par le malaxeur permet d’évaluer d’une manière indirecte

l’évolution structurelle du mélange en cours de malaxage selon la figure 1 ci-après. Cette

courbe de puissance est ordinairement caractérisée par une première phase ascendante durant

le remplissage du malaxeur, suivie d’une seconde phase décroissante et d’une dernière partie

où la puissance se stabilise. Le temps de stabilisation de la puissance indique le temps à partir

duquel les propriétés du matériau n’évoluent plus ; ceci correspond au temps optimal de

malaxage.

21

Figure 1. Courbe type de la puissance dissipée par le malaxeur en cours de fabrication [40]

Particularités du BAP

Les BAP contiennent un volume important de pâte (de l’ordre de 330 à400 ℓ/m3) et une

quantité de fines (≤80 µm) supérieure à celle des bétons conventionnels (environ 500 kg/m3),

obtenue en abaissant la proportion volumique des gravillons et le rapport gravillon sur sable

(proche de 1).

Les bétons autoplaçants (BAP) se distinguent donc des bétons dits ordinaires (BO), ou bétons à

vibrer, par leurs propriétés à l'état frais. Ils sont capables de s’écouler sous leur propre poids,

quel que soit le confinement du milieu, et reste homogènes au cours de l’écoulement (absence

de ségrégation dynamique) et en place (absence de ségrégation statique) [17] [26].

Pour parvenir au cahier de charges recommandé par l’AFGC[17], les BAP sont formulés

différemment du béton classique car il s’agit de concilier deux propriétés contradictoires : la

fluidité et la stabilité [49]. Dans leur cas, la pâte, définie comme le mélange du ciment, de l’eau

et d’une addition, est privilégiée au détriment des gravillons.

En général, les BAP possèdent un même dosage en ciment et eau que les bétons ordinaires

(BO), ainsi que le volume de sable assez proche. C’est donc principalement l’ajout d’une

addition qui sert de substitut aux gravillons. Les proportions exactes de chaque constituant

dépendent bien sûr de la formulation choisie.

Le rôle de la pâte est de séparer les gravillons pour limiter les contacts, en particulier dans les

milieux ferraillés, et ainsi prévenir la formation des voûtes susceptibles de bloquer

l’écoulement suivant la figure 2.

22

Figure 2. Phénomène de blocage des armatures.

La quantité de fines n'est pas non plus toujours suffisante pour empêcher la ségrégation. On a

recours alors aux agents de viscosité. Ces adjuvants sont souvent des polymères, composés de

longues molécules organiques qui augmentent la viscosité de l'eau de gâchage. Ils assurent une

meilleure stabilité du béton et le rendent moins sensible aux variations de teneur en eau des

granulats, courantes en centrale à béton [25][26].

Cela étant, en pratique leur utilisation est au contraire peu répandue, car ils entraînent un

surcoût, qui s’ajoute aux surcoûts dus au superplastifiant et aux additions suivant la figure3.

Figure 3 : Composition d’un béton ordinaire et d’un BAP -aspect à l’état frais

23

Évidemment, un béton est qualifié d’autoplaçant, non pas par rapport à sa composition, mais

parce qu’il possède certaines propriétés à l’état frais. Il existe de par le monde divers essais

pour caractériser des BAP.

Après plusieurs recherches effectuées en laboratoires, les essais ont montré que pour répondre

aux exigences de cahiers de charges, la composition du béton autoplaçant doit avoir un certain

nombre de caractéristiques :

- Grande proportion en fines ;

- Volume de pâte important ;

- Ajouts de superplastifiant et rétenteurs d’eau (agent de viscosité) ;

- Faible volume en gravillons.

Le but dans l’augmentation de la quantité de fines, qui peut atteindre environ 500kg/m3, est

d’assurer la maniabilité, de limiter les risques de ressuage et de ségrégation. Il s’agit aussi de

remplacer une quantité de ciment pour éviter l’élévation de température lors de la prise du

ciment et de diminuer la quantité de CO2 émise.

Un volume de pâte important : on entend par pâte, le mélange de ciment, d’eau, d’addition et

air inclus. Une pâte importante permet d’écarter les granulats les uns des autres, de diminuer

les forces de frottements qui ont tendance à limiter l’étalement du béton, bloquer son passage

dans les zones confinées et donc diminuer la capacité de remplissage des coffrages.

Afin de modifier la fluidité du BAP, il est nécessaire d’utiliser un superplastifiant, ce dernier

augmente l’ouvrabilité du béton mais par contre réduit sa viscosité. De ce fait, le matériau

devient moins stable du point de vue ségrégation et ressuage. Pour minimiser l’effet négatif du

superplastifiant, on ajoute généralement un agent de viscosité (ou agent colloïdal).

L’agent de viscosité est un polymère qui interagit avec l’eau et rend la pâte plus visqueuse.

Faible volume en gravillons : lors de l’écoulement du béton dans des zones confinées, les gros

granulats ont tendance à bloquer le passage et à interrompre l’écoulement du béton. Pour

minimiser les risques de blocage, on opte pour des granulats de diamètre inférieur à20mm

(diamètre maximal doit être compris entre 10 et 20 mm).

Les BAP sont des bétons à quatre composants : les granulats, le liant, l’eau et les ajouts. Les

granulats et le ciment pour un BAP sont les mêmes que ceux utilisés pour la fabrication des BO.

En plus des granulats, la formulation d’un BAP se distingue par la présence d’ajout minéral

et/ou chimique.

Les ajouts minéraux sont définis par la norme européenne provisoire ENV 206 Béton [44].

« Matériau minéral finement divisé et pouvant être ajouté au béton pour améliorer certaines

de ses propriétés ou pour lui conférer des propriétés particulières ».

Il faut préciser que les améliorations et les propretés particulières sont évidemment autres que

celles qu’apporterait une poudre de même finesse considérée comme simple granulat.

24

L’utilisation des ajouts minéraux a des bénéfices : fonctionnels, économiques, et écologiques.

Du point de vue bénéfices fonctionnels, l’incorporation des particules fines améliore la

maniabilité, les propriétés mécaniques et la durabilité du béton. Elles diminuent la demande en

eau,àl’ exception des particules très fines qui augmentent la demande en eau vu leur grande

surface spécifique.

La substitution d’une quantité de ciment par des fines diminue la chaleur d’hydratation

dégagée lors de la confection du béton, ce qui diminue la fissuration d’origine thermique.

Du point de vue économique, la majorité des ajouts minéraux sont des sous-produits de

différentes industries. Le remplacement du ciment qui est un grand consommateur d’énergie

par des ajouts minéraux permet de réduire le coût du béton.

Enfin, sur le plan écologique, l’utilisation de ces sous-produits permet de les éliminer de la

nature, tout en diminuant la quantité de CO2 émise par l’industrie cimentaire.

L’ajout minéral peut être sous forme de particules minérales fines qui correspondent à des

additions normalisées ou non, ou des particules ultrafines telles que les fumées de silice.

Les ajouts minéraux sont : le laitier de haut fourneau, les cendres volantes, les fumées de silice.

Les ajouts chimiques sont des adjuvants qui, incorporés au béton, modifient une ou plusieurs

de ses propriétés à l’état frais ou durci. Étant constitués le plus souvent de produits tensio-

actifs, il suffit donc de très faibles proportions du produit pour provoquer des modifications

importantes des propriétés du béton, notamment si le dosage prescrit par le fabricant est

respecté. Pour certains types d’adjuvants, et pour un dosage moindre, le même adjuvant peut

présenter une fonction secondaire.

La classification des adjuvants repose essentiellement sur les propriétés qu’ils confèrent au

béton tels que : l’adjuvant plastifiant-réducteur d’eau, l’adjuvant superplastifiant-haut

réducteur d’eau, l’adjuvant rétenteur d’eau, l’adjuvant entraineur d’air, l’adjuvant accélérateur

de prise, l’adjuvant accélérateur de durcissement, l’adjuvant retardateur de prise et l’adjuvant

hydrophobant qui améliore l’étanchéité du béton.

Le tableau 6 ci-dessous résume les différents types d’adjuvants ainsi que leurs performances

par rapport à un béton témoin.

25

Tableau 6 : Différents types d’adjuvants pour béton [44]

Mise en œuvre

La principale différence, entre un BAP et un béton traditionnel, réside dans le comportement

du matériau à l’état frais et donc dans sa mise en œuvre. La spécificité d’un BAP est d’être

extrêmement fluide. Il se compacte sous l’effet de son propre poids et ne nécessite donc pas de

vibration pour être mis en place. Par ailleurs, le matériau doit être stable pour assurer

l’homogénéité de la structure finale.

Adjuvant Effet(s) Performances par rapport à un

béton témoin

Plastifiant Réducteur d’eau

Réduction du dosage en eau ≥ 5 %

Augmentation de la résistance à la compression à 7 jours et 28 jours

≥ 110 %

Superplastifiant haut réducteur d’eau

Réduction du dosage en eau ≥ 12 %

Augmentation de la résistance à la compression à 1 jour

≥ 140 %

Augmentation de la résistance à la compression à 28 jours

≥ 115 %

Augmentation de l’affaissement au cône d’Abrams

≥ 120 min

Rétenteur d’eau Diminution de la quantité d’eau ressuée

≤ 50 %

Entraineur d’air Augmentation de la quantité d’air entrainé

≥ 2,5 %

Accélérateur de prise

Augmenter le temps de début de prise à 20 °C

≥ 30 min

Diminution du temps de début de prise à 5 °C

≤ 60 %

Accélérateur de durcissement

Augmentation de la résistance à la compression à 24 h à 20°C

≥ 120 %

Augmentation de la résistance à la compression à 48 h à 5 °C

≥ 130 %

Retardataire de prise

Augmenter le temps de début de prise

≥ 90 min

Diminuer le temps de fin de prise ≤ 360 min

Hydrophobant Absorption capillaire pendant 7 jours après 7 jours de conservation

≤ 50 %

26

En termes de mise en œuvre, les BAP offrent des conditions plus souples que le béton

traditionnel du fait de la suppression de la vibration. Un des avantages majeurs des BAP, qu’on

parle également dans la partie traitant de leur impact économique, est la réduction de la durée

de la phase de coulage : la vidange de la benne se fait plus rapidement, l’écoulement du

matériau est bien évidemment plus aisé, la phase de vibration est supprimée et l’arase

supérieure est plus facile à réaliser.

La méthode traditionnelle de remplissage par le haut du coffrage peut être utilisée avec une

hauteur de chute plus importante. Il convient cependant de la limiter à 5m, pour éviter des

problèmes de ségrégation dus à la chute du béton dans le coffrage [17+. L’utilisation d’un tube

plongeur peut être une alternative pour limiter la hauteur de chute du matériau.

La fluidité des BAP permet par ailleurs l’injection du matériau en pied de coffrage, même pour

des éléments verticaux.

D’après les recommandations de l’AFGC *17], quel que soit le mode de remplissage retenu, il

convient de limiter la longueur de cheminement horizontal dans les coffrages. Une perte

d’homogénéité peut en effet se manifester lorsque ce cheminement est trop important.

Impacts socio-économiques

On a vu que la fluidité des BAP est telle qu’il n’est plus nécessaire de les vibrer pour les mettre

en œuvre. La suppression de la phase de vibration est particulièrement bénéfique pour les

personnes chargées de la mise en place, puisque cela implique :

- une diminution du bruit sur site ;

- une diminution de la pénibilité des tâches ;

- une réduction des risques d’accident.

En effet, le bruit engendré pendant la phase de vibration est particulièrement désagréable

puisqu’il est d’une intensité élevée sur des périodes relativement longues. Dans le cas des

usines de préfabrication, où la réverbération du bruit sur les parois peut augmenter le niveau

sonore de manière très importante, toutes les personnes présentes dans l’atelier sont

concernées par la réduction du niveau sonore ambiant. Cette réduction des nuisances sonores

peut éventuellement permettre une meilleure implantation des usines dans leur

environnement, puisqu’il est plus facile de respecter les réglementations en matière

d’insonorisation. Dans le cas d’un chantier en extérieur, ce sont principalement les personnes

chargées de la mise en place et de la vibration qui bénéficient de la réduction du bruit, mais

également les riverains lorsqu’il s’agit d’un site urbain.

Malgré l’utilisation de procédés de construction de plus en plus mécanisés, les efforts

physiques auxquels sont soumis les ouvriers restent pénibles. Avec l’apparition des BAP, les

opérations traditionnelles de coulage, d’étalement, de talochage et de surfaçage se réduisent à

27

une étape de coulage suivie d’un dé bullage dans le cas des applications horizontales. Pour les

opérations verticales, les divers déplacements sur les banches, à travers trappes et échelles,

sont réduits de manière significative. De plus, le fait de vibrer le béton peut avoir de graves

répercussions sur la santé et peut notamment provoquer des troubles de la circulation

sanguine (maladie des « mains blanches »).

Par ailleurs, les BAP sont mis en place par des opérations simplifiées donc par des agents plus

rapidement formés. Ils peuvent donc se concentrer sur la préparation des coffrages sans avoir à

assimiler ou mettre en pratique les recommandations sur la vibration. Mais compte tenu des

objectifs exigeants des BAP, les techniciens du béton (agents de laboratoires et responsables de

chantier) sont plus sollicités sur leurs connaissances des matériaux. Ils doivent donc se

familiariser avec ces nouvelles formules de béton, les constituants utilisés, mais aussi avec les

matériels et procédures nécessaires à leur préparation [55].

L’utilisation d’un BAP peut s’avérer plus économique que celle d’un béton ordinaire, et ce

malgré un surcoût de formulation. Ce surcoût est principalement lié aux adjuvants puisque la

fluidité doit être instantanée, mais également se maintenir dans le temps, dans le cas où les

lieux de fabrication et de coulage ne seraient pas les mêmes. Cependant, ces frais

supplémentaires peuvent rapidement être compensés par la diminution des coûts de main

d’œuvre (réduction du nombre d’intervenants pendant la mise en place du béton), du temps de

coulage, des délais de fabrication, etc. Les BAP montrent en effet tout leur potentiel lorsque le

chantier est considéré dans son ensemble (frais directs et indirects), donc par « l’approche

globale » suggérée par Maurice ALLAIS [56] .Même si l’utilisation des BAP nécessite certaines

précautions en matière de formulation ou de préparation du matériel, l’évaluation de leurs

avantages techniques mais également socio-économiques montre que ces bétons devraient

être de plus en plus utilisés à l’avenir.

Diverses appellations

L'habitude a été prise de décliner les BAP en deux familles d'applications. La première emploie

le terme "béton autoplaçant", ou BAP, pour désigner les bétons destinés aux applications

verticales et éléments massifs (voiles, poutres, piles, etc...). La seconde désigne sous

l'appellation "béton autonivelant", ou BAN, les bétons destinés aux applications horizontales

telles que les dalles. Dans cette catégorie, il faut ajouter les mortiers autonivelants, qui

connaissent un succès important pour les chapes jusqu'à être désignés par extension par

"chapes fluides".

Chaque famille de BAP est formulée suivant un même principe, mais possède néanmoins

certaines particularités. La formulation des BAN comporte a priori moins de contraintes que

celle des BAP. Dans leur cas, seul l'essai d'étalement est couramment effectué.

28

L'essai à la boîte en « L » n'a pas de réelle utilité, puisque les dalles sont des milieux peu

confinés. Il est à noter que les BAN doivent être peu visqueux pour avoir une grande capacité

de s'autoniveler. La mesure du temps pour obtenir l'étalement final, ou encore un étalement

de 50 cm, souvent noté t50, est à ce titre une donnée utile pour évaluer la viscosité. Il est

regrettable en revanche que la stabilité des BAN ne soit que rarement contrôlée avec l'essai au

tamis.

Sauf mention particulière, on emploie dans la suite l'appellation "générique" de BAP, sans

distinguer les applications, pour désigner tous bétons répondant au moins aux critères de

l'AFGC [17] sur l'étalement et la stabilité au tamis permettant d'obtenir la résistance et

l'affaissement souhaités.

Enfin, et surtout, les propriétés des BAP sont contradictoires : un béton riche en pâte fluide est

très sensible à la ségrégation.

Mécanisme d’action du superplastifiant et l’agent de viscosité

Ce qui caractérise la composition du béton autoplaçant est la présence de deux adjuvants : le

superplastifiant et l’agent de viscosité. Ces deux adjuvants permettent d’ajuster les propriétés

rhéologiques du béton dans deux sens opposés : le premier sert à fluidifier le béton tandis que

le deuxième augmente sa viscosité pour assurer la stabilité.

Le superplastifiant

Le superplastifiant est un adjuvant qui, introduit dans un béton, un mortier ou un coulis,

permet de réduire le dosage en eau et d’ajuster sa fluidité (augmenter l’affaissement au cône

d’Abrams), ceci entraine une augmentation de la résistance mécanique.

Les principaux superplastifiants utilisés sont à base de :

- Copolymère formaldéhyde naphtalène sulfonate (PNS)

- Copolymère formaldéhyde mélamine sulfonate (PMS)

- Polymère avec des fonctions acrylate (PA).

- Polymère avec des fonctions carboxylate (PC).

- Monomère avec des fonctions phosphonate et/ou carboxylate (MPC).

▲. Rôle dusuperplastifiant

L’apparition des bétons autoplaçants et des bétons Hautes performances (BHP) est fortement

liée aux progrès réalisés dans le domaine des adjuvants et plus particulièrement celui des

superplastifiants [13] [27].

29

Il devient donc possible de fabriquer des bétons très fluides, même avec moins d’eau qu’il n’en

faut pour hydrater le ciment, donc de fabriquer des bétons à faible rapport E/C, faciles à mettre

en place [38].

Figure 4 : Action du superplastifiant - Défloculation des grains de ciment.

L’ajout d’un superplastifiant permet ainsi d’augmenter significativement la fluidité des BAP que

ce soit du point de vue de leur étalement ou du point de vue de leur seuil d’écoulement.

La figure4 ci-dessus montre par exemple que l’étalement augmente très fortement à partir d’un

certain dosage en superplastifiant [35].

Remarque : la quantité de polymère absorbée par le ciment dépend du caractère ionique plus

ou moins prononcé de l’adjuvant et de son poids moléculaire. L’absorption est d’ autant plus

forte que le polymère est fortement ionique et le poids moléculaire faible. BURGE [1999]

montre que les polymères peu ioniques permettent d’obtenir une meilleure fluidification des

bétons autoplaçants [52].

▲. Mécanisme d’action d’un superplastifiant [53].

Le superplastifiant interagit avec les particules du mortier (ciment et additions) en s’absorbant

à leurs surfaces comme indique la figure 5, ce qui permet d’éviter le phénomène de floculation

d’eau.

Les particules sont alors dispersées par combinaison d’effets électrostatiques et stériques, l’eau

piégée entre les particules est dégagée, la proportion d’eau libre est donc plus importante.

30

Figure 5: Mécanisme d’action du superplastifiant

▲. Effet électrostatique

Le comportement rhéologique des suspensions de ciment en présence d’eau peut s’expliquer

par la présence des forces inter-granulaires. Il existe deux types de forces inter-particulaires :les

forces de Van Der Waals et les forces de double couche électrique.

. Les forces de Van Der Waals : ceux sont des forces attractives, car il existe une traction entre

les particules, cette force diminue lorsque la distance entre les particules augmente.

. Les forces de double couche électrique : ce sont des forces répulsives, lorsque les particules

sont en contact avec de l’eau, elles deviennent porteuses des charges électriques. Ces charges

sont dues aux réactions acides-base qui existent dans le mélange.

La couche d’eau qui entoure une particule est chargée de même signe. Donc, entre deux

particules de même nature, il existe deux couches de même signe, d’où l’apparition des forces

répulsives entre les particules.

Dans le cas où les forces de Van Der Waals sont dominantes, le système est floculé et possède

de mauvaises propriétés d’écoulement.

Par contre, si c’est les forces de double couche électrique qui sont dominantes, le système est

de floculé et dispose de bonnes propriétés d’écoulement.

Remarque : la quantité de polymère absorbée par le ciment dépend du caractère ionique plus

ou moins prononcé de l’adjuvant et de son poids moléculaire. L’absorption est d’ autant plus

forte que le polymère est fortement ionique et le poids moléculaire faible. BURGE [1999]

montre que les polymères peu ioniques permettent d’obtenir une meilleure fluidification des

bétons autoplaçants [52].

31

L’agent de viscosité [52].

L’ajout d’un superplastifiant dans un béton augmente son ouvrabilité, mais, a tendance à

réduire sa viscosité, le matériau devient alors moins stable du point de vue ségrégation et

ressuage.

Pour minimiser cet effet, l’ajout d’un agent viscosité s’avère nécessaire. Les agents de viscosité

sont de natures :

- Dérivées cellulosiques à base de méthyl cellulose, d’hydroxy-éthyl cellulose ;

- Polymères qui sont des polysaccharides obtenu par fermentation microbiologique

(exemple : gomme welan, gomme de xanthane) ;

- Colloïde naturel ;

- Suspension des particules siliceuses.

Ils se présentent, généralement, sous forme de poudre à mélanger soit au matériau sec, soit

avec une partie de l’eau de gâchage.

L’agent de viscosité est composé de longues chaines de polymères qui se fixent sur les

molécules d’eau et par enchevêtrement, augmentent la viscosité de la pâte. Ses

caractéristiques rhéologiques sont améliorées (cohésion, homogénéité), ainsi que une

meilleure adhérence est observée, ceci permet de maintenir une distance entres les granulats

et de conserver une répartition homogène des différents constituants et de réduire les

interactions de friction et de collision lors de l’écoulement du béton. Ainsi, le risque

d’apparition du phénomène de blocage au niveau d’un obstacle est alors minimisé.

Si la formule ne contient pas d’agent de viscosité, il est nécessaire d’augmenter la quantité de

liant pour assurer un écoulement sans ségrégation. L’utilisation de cet adjuvant n’influe pas sur

les propriétés du béton à l’état durci, excepté dans le cas d’une variation de la teneur en air. Un

dosage trop élevé de l’agent colloïdal entraine une perte de fluidité et aussi, il conduit à un

entrainement d’air excessif.

Des études ont montrés que le rôle le plus important de l’agent de viscosité est de faciliter la

fabrication du BAP en le rendant mois pointu. En effet, l’emploi d’un agent de viscosité stabilise

le béton, et diminue nettement sa sensibilité aux variations de teneurs en eau et au module de

finesse du sable.

Le couple superplastifiant et agent de viscosité.

Pour optimiser les propriétés rhéologiques du béton autoplaçant, à savoir la fluidité et la

stabilité, il est nécessaire de choisir un couple compatible de superplastifiant et d’agent de

viscosité, à des dosages bien précis déterminés expérimentalement.

32

La formulation des bétons

Formuler des bétons

Dans toute démarche traitant de la formulation des matériaux, la première étape consiste à

bien situer le problème, c’est-à-dire à établir la liste des spécifications. Cette question est

simple en apparence, mais dans les faits, il existe souvent des interactions entre les matériaux

et les spécifications imposées par la structure, si bien que la liste des exigences ne peut être

établie qu’avec la pleine connaissance de toutes les étapes de construction. Connaissant les

caractéristiques des constituants et les spécifications relatives aux bétons, la conception du

mélange devient possible.

Formuler des bétons, c’est trouver un arrangement des divers constituants par rapport à un

cahier de charges donné. Dans le cas courant, le cahier de charges concerne la résistance à la

compression à 28 jours et la consistance, c’est à dire l’affaissement au cône d’Abrams.

Il existe de nombreuses méthodes, mais on va retenir deux types :

- Celle qui consiste à obtenir une granularité «continue»

- Celle qui consiste à obtenir une granularité «discontinue»

On citera les méthodes de calcul qui sont les plus utilisées :

- Abrams,

- Baron-Olivier,

- Bolomey,

- Dreux-Gorisse,

- Faury,

- Joisel,

- Valette.

Dans le cadre de cette recherche, la méthode DREUX-GORISSE sera étudiée et retenue [47]

Les critères de base pour avoir une composition optimale sont :

- Les résistances mécaniques,

- L’ouvrabilité,

- L’environnement : gel-dégel, chlorures, sulfates…,

- L’alcali-réaction,

- La corrosion des armatures,

- La porosité,

- L’air occlus,

- L’esthétique du parement brut fini.

Les données de base pour obtenir une composition optimale sont :

- La dimension du plus gros granulat « D »,

33

- La classe de résistance du béton,

- La consistance du béton frais voulue pour les besoins du chantier,

- La nature du ciment (Classe),

- Le dosage en ciment (C/E),

- Le dosage en eau (E/C),

- Le dosage en granulats (G/S).

Avec :

C/E : rapport massique, Ciment / Eau (1,2 - 2,6)

G/S : rapport massique, Gravier/Sable (1,2 - 1,7)

La solution trouvée doit si possible être optimale, ce qui signifie bien souvent, avoir le plus

faible prix de revient.

Méthode DREUX-GORISSE

Pour formuler les bétons ordinaires, la méthode la plus utilisée dans l’industrie est celle dite de

Dreux-Gorisse. Elle propose différents abaques pour estimer les dosages en eau et ciment

permettant d’obtenir la résistance et l’affaissement souhaités. Elle se distingue également par

une méthode originale pour proportionner les granulats, qui consiste à caler la courbe

granulométrique du mélange sable/gravillon sur une courbe de référence qui correspond à la

compacité maximale.

Les abaques de Dreux permettent une approche pratique d’une composition répondant à des

objectifs déterminés, moyennant quelques hypothèses facilitant la démarche. Il est bien

évident qu’une fois déterminée cette composition, elle devra être soumise à l’expérimentation

afin d’affiner les dosages indiqués.

En général, les données suivantes sont déterminées par le cahier de charges du projet, les

conditions du chantier ou la disponibilité des matériaux :

- La résistance à la compression du béton, on rappelle que le domaine d’application des

abaques est celui des bétons courants présentant une résistance à 28 jours, comprise

entre 15 MPa et 40 MPa.

- La maniabilité du béton, en fonction des caractéristiques de l’ouvrage et des moyens de

chantier, on fixe pour le béton une maniabilité caractérisée par sa consistance et

mesurée par l’essai au cône d’Abrams.

Dreux a mené une large enquête pour recueillir des données sur du béton satisfaisant. En

combinant les courbes granulaires obtenues, il a pu fonder une approche empirique pour

déterminer une courbe de référence ayant la forme de deux lignes droites OAB dans un

34

diagramme à échelle linéaire en fonction du module des tamis, comme l’indique la figure 6 ci-

après.

Figure 6 :Courbe granulaire de référence selon Dreux (Dreux 1970)

- Les étapes successives de la méthode.

Étape 1 : Examen de la structure (dimensions, espacement entre armatures, enrobage, etc.).

Étape 2 : Détermination de la résistance à la compression ; elle est déduite de la résistance

désirée et d’un coefficient probable de variation.

Étape 3 : Sélection de la consistance du béton frais ; cette spécification est définie par rapport à

l’affaissement et est fonction de l’ouvrabilité désirée.

Étape 4 : Sélection de Dmax ; elle est faite à l’aide d’une table fixant des valeurs maximales en

fonction des dimensions de la structure analysée à l’étape.1.

Étape 5 : Calcul du dosage en ciment ; le rapport ciment/eau est déduit tout d’abord de la

résistance souhaitée par la loi de Bolomey. Cette loi tient compte de la classe vraie du ciment et

d’un facteur ajusté aux granulats. Un dosage minimum en ciment est alors calculé, pour la

durabilité. Ce dosage est supposé être inversement proportionnel à la racine cinquième de

Dmax. Enfin, le dosage réel en ciment est déduit d’un abaque en fonction du rapport ciment/eau

et de l’affaissement.

Étape 6 : La quantité d’eau totale est calculée à partir de la quantité de ciment déterminée

précédemment et du rapport ciment/eau. A ce stade, une correction peut être faite pour tenir

compte de Dmax (augmentation de la quantité d’eau quand Dmax diminue) ; la quantité d’eau à

mettre dans le malaxeur est alors égale à cette valeur, corrigée par l’eau libre contenue dans

les matériaux bruts (granulats).

% passants

100

Y

20

D/2

D

Module tamis

Mod D/2 Mod D

A

0

B

35

Étape 7 : Examen du sable ; le sable est soit accepté, soit rejeté sur la base de sa propreté et sa

courbe granulométrique est reportée sur un diagramme standard. Si le module de finesse est

trop élevé, en cas de sable trop grossier, par exemple, un sable fin correcteur est ajouté.

Étape 8 : On trace la courbe granulaire de référence dont l’ordonnée Y du point de brisure A sur

la figure 6 est déterminée par les facteurs suivants : Dmax, dosage en ciment, intensité de la

vibration, forme des grains et module de finesse du sable.

Étape 9 : Détermination du volume de solide du mélange frais ; cette quantité est tabulée en

fonction de Dmax et de la consistance.

Étape 10 : Détermination des fractions granulaires ; les proportions volumiques respectives

sont déterminées graphiquement, à l’aide de la courbe de référence tracée à l’étape 8. Alors,

pour chaque granulat, le volume dans le volume unité du béton est calculé en multipliant le

volume solide par la proportion trouvée. Enfin, en multipliant le volume de chaque granulat par

sa masse volumique, on obtient la masse du granulat considéré.

Enfin, on peut résumer la méthode Dreux comme suit :

Les hypothèses sont basées sur des données indispensables suivantes : des données sur le

béton (Résistance à 28 jours, l’affaissement en cm), des données sur le ciment et celles des

granulats.

Si ces données sont fixées, on détermine Dmax des granulats composants le béton en fonction

du type de l’ouvrage et de sa mise en œuvre.

Le dosage en ciment est fonction de C/E et de l’affaissement à l’aide d’un abaque.

A partir de la formule de Bolomey suivante :

fcm = G x σ’c x (E

C – 0,5)

On détermine le dosage en eau par C/E = (fcm / G x σ’c) + 0,5 avec G : coefficient granulaire

A l’aide des analyses granulométriques des granulats, on trace la courbe granulaire de

référence (OAB). C’est une droite brisée dont le point de brisure est défini par son abscisse X et

son ordonnée Y,

- Le point O a pour coordonnées :

. Abscisse x = 0,080 mm, en module = 20 O : [20, 0]

. Ordonnée y = 0

- Le point B à l’ordonnée 100 % correspondant à la dimension Dmax (plus gros granulats)

- Le point de brisure A ayant pour coordonnées :

. En abscisse :

Si D ≤ 25 mm, on a X = D/2 ou module (D/2)

36

Si D > 25 mm Module(X) = (Module(Dmax)+38)/2

. En ordonnée :

Y = 50 – (Dmax)1/2 + K.

Avec K : terme correcteur qui dépend du dosage en ciment, de l’efficacité de serrage, de la

forme des granulats et du module de finesse du sable.

Le dosage en granulats est déterminé de la manière suivante :

La courbe granulaire de référence OAB doit être tracée sur la même graphique que les courbes

granulométriques des granulats composants. On trace alors les lignes de départage entre

chacun en joignant le point à 95% de la courbe granulaire du premier, au point à 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, le pourcentage en volume absolu de chacun des granulats g1, g2, g3 sur la figure 7 ci-

après.

Figure 7. Pourcentage en volume absolu de chacun des granulats g1, g2, g3

Si (C) est le dosage en ciment, le volume absolu des grains de ciment (en ℓ) :

C1 = 1,3

C

En admettant une masse spécifique de 3,1 pour les grains de ciment, valeur moyenne

habituellement admise.

On choisira dans un tableau une valeur convenable du coefficient de compacité en fonction

de D, de la consistance et de l’efficacité du serrage. On obtient le volume total des granulats

(en ℓ) :

V= 1000- C1

Modules des tamis

Tamisât cumulé

95 %

5 %

g1 g2

g3

O

B

A

20

37

Si g1, g2, g3 sont les pourcentages en volume absolu des granulats. Les volumes absolus

dechacun des granulats sont par suite :

V1 = g1 V

V2 = g2 V

V3 = g3 V

Si les masses spécifiques de chacun de ces granulats sont 1, 2, 3, les masses de chacund’eux

sont :

P1 = V11

P2 = V2 2

P3 = V33

P1 + P2 +P3 = G = masse totale du granulat.

Cette méthode est de nature fondamentalement empirique, à la différence de la méthode

Faury qui lui est antérieure (Faury 1944) et qui est basée sur la théorie de l’optimum granulaire

(Caquot 1937).

Revue bibliographique sur le concept du béton autoplaçant

Il s’agit ici de connaitre la monographie des BAP et de mettre en évidence les essais pour

pouvoir les valider à l’état frais, selon les recommandations de l’agence française du génie civil

(AFGC)[17]. Ce chapitre traite aussi les différentes approches de formulation des BAP qui ne

sont pas généralisées jusqu’à maintenant, ainsi que les méthodes de formulation spécifiques

des bétons classiques et particulièrement des BAP.

Monographie d’ouvrage en BAP [16][29][56]

L’école Française du béton est un club de réflexions et d’actions regroupant des meilleurs

experts de la construction en béton : maitres d’œuvres, maitres d’ouvrages, architectes,

entrepreneurs, industriels du béton, contrôleurs, enseignants-chercheurs.

Une collection technique publiée par cette école à travers son Président, a permis d’affiner la

définition des bétons autoplaçants et a conduit à exclure du concept certains types de bétons

qui, bien que très fluidifiés par simples ajouts d’eau, ne relèvent pas de cette classification.

Pour toute la communauté technique d’aujourd’hui, les bétons autoplaçants appelés bétons

autonivelants dans le cas des dalles, sont :

- des bétons très fluides,

- des bétons absolument homogènes,

- des bétons mis en œuvre sans vibration et sans chocs,

38

- des bétons présentant des résistances et des durabilités analogues à cellesdes

bétons traditionnels et celles des bétons à hautes performances.

Les bétons autoplaçants se caractérisent par :

- la mobilité en milieu confiné, c’est-à-dire l’écoulement sans vibration dans les

coffrages de grande hauteur et dans les tuyaux de pompage ;

- la mobilité en milieu non confiné, c’est-à-dire l’écoulement dans les dalles

horizontales armées ou non armées ;

- la stabilité au repos à l’état frais conditionnant la non-ségrégation dans les phases

précédant la prise et le durcissement.

Dans les bétons autoplaçants, l’enjeu est d’abord d’ordre économique. D’après le prix Nobel de

l’économie, Maurice ALLAIS, « des approches macroéconomiques et des approches systèmes se

sont développées dans beaucoup de secteur industriel ces dernières années ».

Parmi, toutes les conséquences tirées de ces approches, il est souvent apparu que « le moindre

coût d’une opération n’est que très rarement l’addition des moindres coûts de chacun des

composants de cette opération ». Cette idée, couramment exploitée en construction

industrielle n’est pas très répandue encore dans le BTP où le raisonnement économique, poste

à poste, est le plus souvent préféré à la recherche d’interactivités économiques entre les

postes. En d’autres termes, ces réflexions, appliquées à la construction en béton, signifient que

la construction la moins couteuse n’est pas celle qui, notamment, fait appel au béton le moins

couteux ; ce qui va à l’encontre d’un point de vue répandu chez beaucoup d’acteurs du BTP.

De ce fait, les approches systèmes, seules capables de valoriser à l’extrême les retombées

économiques possibles de ces bétons se traduisent en terme, notamment, de réduction des

délais d’exécution, de simplification de mise en œuvre, de diminution de matériels, voire de

développement de produits nouveaux jusqu’alors inconcevables avec les bétons ordinaires.

Les essais pour contrôler les Bétons Autoplaçants.

En France, trois essais de caractérisation ont été préconisés en l'an 2000 par l'Association

Française de Génie Civil [17]. D'abord provisoires, ces recommandations sont devenues sur site

les essais de référence pour valider une formule des BAP.

Le cahier de charges préconisé par l’AFGC demande de valider les trois essais suivants à l’état

frais :

- L’essai d’étalement au cône d’Abrams ;

- L’essai d’écoulement à la boîte en L ;

- L’essai de stabilité au tamis.

39

Le dispositif des essais pour contrôler les BAP à l’état frais est donné par la photo 7 ci-après :

En outre, un autre essai qualifié nécessaire notamment pour le micro-béton, pourrait être

effectué en cas de forte proportion des éléments fins : l’essai fluidité/viscosité.

Photo 7 : Dispositif des essais pour les BAP à l’état frais

- Essai d’étalement au cône d’Abrams.

La fluidité des BAP peut être caractérisée par la mesure de l’étalement au cône d’Abrams

(essais d’étalement ou slump flow) ; il faut obtenir un étalement entre 600 mm et 750 mm pour

valider cet essai.

Cet essai permet d’avoir une indication sur la capacité des BAP à « s’autocompacter » en milieu

non confiné. La valeur cible d’étalement doit être définie en fonction des caractéristiques de la

formulation, des conditions et méthodes de mise en œuvre. Le matériel utilisé pour pratiquer

cet essai est constitué d’un cône d’Abrams posé sur une plaque métallique.

L’essai consiste à remplir le cône d’Abrams en une fois, puis à le soulever et à mesurer le

diamètre moyen de la galette d’étalement obtenue comme indique la figure 8 ci-dessous :

40

Figure 8 : Essai d’étalement au cône d’Abrams

- Essai à la Boite en L.

La cohésion du béton, sa mobilité en milieu confiné et son aptitude à traverser une zone

fortement armée peuvent se mesurer avec l’essai de la boîte en forme de L. Cet essai permet

de vérifier que la mise en place du béton ne sera contrariée par des blocages de granulats en

amont des armatures. La méthode consiste à remplir du BAP la partie verticale d’une boîte.

Après une minute, la trappe est levée permettant l’écoulement du BAP à travers les armatures

dans la partie horizontale de la boîte. Le nombre et le diamètre des armatures peuvent être

adaptés pour traduire le ferraillage réellement présent dans la structure, ferraillage complexe

ou simple. Après écoulement du béton, il faut mesurer la différence de hauteur (H1) et

horizontales (H2). Cet essai vérifie que le béton a la capacité de traverser les armatures d’un

coffrage sans avoir besoin de vibration en milieu confiné. Il faut obtenir un rapport H2/H1

supérieur à 0,80 pour que ledit essai soit validé par le cahier de charges comme indique la

figure 9.

Figure 9 : Essai à la boite en L

41

- Essai de la stabilité au tamis.

Cet essai permet d’étudier la résistance à la ségrégation et au ressuage du BAP qui doit être

stable sous l’effet de la gravité. A la fin du malaxage, on verse dans un seau un échantillon de

béton et après quinze minutes, une partie de l’échantillon est versée sur un tamis de maille 5

mm. Deux minutes plus tard, on pèse la quantité de pâte appelée laitance ayant traversé le

tamis. Le pourcentage en poids de laitance par rapport au poids de l’échantillon initial exprime

la stabilité du BAP et ce rapport doit être compris entre 10 et 20 %. L’essai permet de vérifier la

bonne homogénéité du béton réalisé et de mettre en évidence la ségrégation et le ressuage du

BAP comme indique la figure 10 ci-après.

Figure 10: Essai de stabilité au tamis

- Essai de fluidité et de viscosité.

Un essai doit être mis en place afin de déterminer la fluidité et la viscosité d’un coulis de ciment

et/ou d’un micro-béton.

L’objectif est de déterminer le dosage en superplastifiant en fonction de la pâte (ciment, eau,

superplastifiant et/ou sable) étudiée. Cet objectif n’a pas été atteint mais l’essai permet de

différencier les pâtes utilisées dans le béton suivant la figure11 ci-après.

Figure 11 : essai de fluidité/viscosité

42

- Les essais sur les BAP à l’état durci.

L’essai de compression consiste à soumettre l’éprouvette des BAP à l’écrasement par

compression axiale. La mise en charge doit se faire d’une manière continue jusqu’à la rupture

de l’éprouvette.

Il est à noter que la charge maximale atteinte et la surface de chargement S [m2], permet

d’avoir la contrainte maximale (résistance à la compression) comme suit :

σ = S

P (MPa)

Les atouts des BAP pour la réalisation des parements.

La fluidité et la cohésion élevée des BAP et l’absence de ségrégation garantissent la réalisation

de parements de qualité, une finition soignée, une teinte homogène, l’absence de bullage et

ségrégation ainsi qu’une parfaite netteté des arrêtes et des chanfreins, si les modes de mise en

œuvre sont adaptés.

L’absence de vibration permet d’assurer de manière naturelle l’homogénéité des BAP dans la

masse et donc l’uniformité des textures et des teintes.

La maîtrise des performances des BAP, la facilité et la fiabilité de leur mise en œuvre,

garantissent la reproductibilité de l’aspect ainsi que la continuité et l’uniformité des parements

au cours du chantier.

L’offre étendue des BAP, des performances mécaniques courantes et très élevées, permet

d’obtenir une multitude d’aspects de surfaces, de teintes et de textures.

Les BAP sont au service de l’esthétisme, ils offrent aux architectes de nouvelles libertés de

construction et possibilités d’expression :

- les formes et les géométries complexes deviennent possibles à réaliser ;

- les exigences d’esthétisme, d’uniformité des parements et d’homogénéité des

teintes peuvent être satisfaites ;

- l’optimisation des performances des BAP pour la réalisation des parements

nécessite que l’ouvrage soit conçu avec une approche globale lors de la

conception, l’organisation du chanter et lors de sa réalisation ;

- l’entrepreneur, le fournisseur de coffrage et le fournisseur de béton organisent

ensemble dans un esprit de partenariat, avant le démarrage du chantier, les

procédures et les phases du bétonnage.

43

Revue bibliographique sur les méthodes de formulation des BAP

Depuis son apparition, les bétons autoplaçants font l’objet de plusieurs recherches. Des

chercheurs du monde entier se sont penchés sur le problème de formulation des BAP, et

plusieurs méthodes ont été développées. Il n'existe pas encore de méthode de formulation

généralisée des BAP, comme peut l'être la méthode Dreux-Gorisse pour les bétons ordinaires.

Jusqu'à maintenant l'approche de la formulation est, dans la pratique, principalement

empirique.

Principes de Formulation

Les deux principales propriétés recherchées des BAP sont une grande fluidité et une grande

résistance à la ségrégation [51]. Ces deux propriétés sont à priori contradictoires pour un béton

ordinaire, l’obtention de l’une se fait au détriment de l’autre. La formulation des BAP requiert

une étude précise notamment dans le choix des constituants, et l’optimisation de la teneur en

ajout chimique et de la quantité d’eau.

L’étape de la formulation consiste à choisir une proportion optimale et bien précise de chacun

des différents constituants dans le but d’obtenir une meilleure caractéristique rhéologique du

béton. Le facteur le plus important dans la formulation des BAP est l’eau. En effet le principe

de ce type de béton est de diminuer la quantité d’eau utilisée tout en assurant la bonne

maniabilité à l’état frais. La diminution de la teneur en eau conduit à des bonnes

caractéristiques mécaniques tels que : une résistance plus élevée, un fluage et un retrait plus

faibles, et une durabilité accrue.

Beaucoup de recherches ont été faites sur l’optimisation et le développement de la formulation

des bétons autoplaçants, dont l’objectif principal est d’améliorer les performances de ces

bétons à l’état frais et à l’état durci.

De ce qui précède, il existe dans la littérature, des techniques de formulation moins empiriques,

mais, on va présenter ci-dessous une revue des grandes familles d’approches [41].

Formulation par la méthode japonaise [18] [19]

La formulation des BAP par l’approche japonaise développée à l’université de Kochi se fait en

privilégiant le volume de la pâte au détriment de celui des granulats.

Les chercheurs japonais ont montré que le risque de blocage est minime si le volume des

gravillons dans un mètre cube est limité à la moitié de sa compacité.

Par définition la compacité d’un mélange de grains est le rapport du volume de grains et le

volume total du système grains + pâte + vides. La compacité des gravillons est en générale

égale à 0,57.

44

Par exemple dans le cas d’un béton 0/10, le volume des gravillons est de 285 ℓ/m3 et dans le cas

d’un béton 0/14, ce volume est reparti pour la moitié en 0/10 et l’autre en 10/14.

Le volume du sable est posé à 40% du volume du mortier, lorsque les frictions granulaires sont

réduites et la fluidité du béton assurée.

Les dosages d’eau et superplastifiant sont déterminés en effectuant des essais sur un mortier

dosé à 40 % du sable.

- Essais sur le mortier

Les essais réalisés sur le mortier sont : l’essai d’étalement au cône à mortier et l’essai

d’écoulement à l’entonnoir.

Deux grandeurs sont alors calculées : l’étalement normalisé D, et le temps d’écoulement relatif

t.

D = 2

o

2o

2

d

dd

et = t

10

Sachant que :

d : diamètre d’étalement ;

do : diamètre inférieur du cône ;

t : temps d’écoulement en seconde ;

D : représente la fluidité, plus D est grand plus le mortier est fluide ;

: représente la viscosité. La viscosité est élevée, si t est faible.

Les chercheurs japonais ont montré qu’il existe une relation entre l’étalement et l’écoulement,

cette relation est linéaire lorsque le dosage en eau varie à quantité de superplastifiant

constante. Il est alors possible de déterminer un couple adjuvant/eau optimal permettant de

fluidifier le mortier.

Pour un béton autoplaçant acceptable, les chercheurs ont fixés D = 5 et = 1.

Il est bien de rappeler que D est différent de D qui correspond au diamètre maximal des

granulats.

Risque de blocage

Les chercheurs japonais ont proposés une approche de l’évaluation du risque de blocage du

béton en utilisant l’essai de la boîte en L, et ont fait l’hypothèse que le phénomène était

indépendant de la nature de la pâte, si elle est suffisamment fluide. L’expression du risque de

blocage s’écrit :

45

Rb = (1 – Vp) i,cr

i

V

Y

Avec:

Vp: proportion volumique de la pâte dans le béton

Yi: proportion volumique de grains de tailles di rapportée au volume de granulats

Vcr,i : fraction en volume de grain de taille i induisant un blocage.

En écrivant Rb = 1, pour chaque rapport gravillons/sable, on peut déduire la teneur en pâte

minimale pour éviter le blocage. Le risque de blocage a eu lieu si Rb ≤ 1.

Méthodes basées sur l’optimisation des mortiers

Le concepteur des BAP [18] [19], propose de les formuler en composant en premier lieu le

mortier du béton. Dans le mortier, la proportion de sable est posée arbitrairement. Il reste

ensuite à trouver expérimentalement les dosages en eau et le superplastifiant, pour un liant

donné (rapport masse ciment sur addition fixé), et suivant certains critères de rhéologie. La

formule finale est obtenue en ajoutant au mortier un volume de gravillons limité, de manière

sécuritaire, à la moitié de leur compacité.

A la suite d’une optimisation identique du mortier, Ouchi et al [21] proposent de doser les

gravillons en cherchant expérimentalement leur volume limite menant à un blocage. Ce volume

est évalué en comparant l’écoulement du mortier dans un entonnoir avec ou sans gravillons. La

formulation des BAP par le biais de son mortier trouve sa justification dans quelques

publications. Bllberg [20] et Jobs et al [22] montrent à cet effet que la rhéologie d’un béton se

corrèle bien avec celle du mortier.

Méthode basée sur l’optimisation de pâte

Le béton ici est considéré comme un mélange bi-phasique, avec une phase solide, les granulats

et une phase liquide, la pâte ; dans le cas des BAP, la pâte joue un rôle prédominent. Oh et al

[29] introduisent la notion d’excès de pâte schématisée sur la figure12. La formulation consiste

à déterminer la quantité de pâte en excès optimale pour fluidifier les BAP et limiter le problème

de blocage.

46

Figure 12 : schématisation d’excès de pâte

Oh et al[29] ont obtenu par l’expérience les équations reliant l’épaisseur de la pâte autour des

granulats aux constantes du modèle de Bingham du béton, seuil de cisaillement et de viscosité,

exprimées par rapport à celle de la pâte. Lors de la formulation, il faut d’abord optimiser et

caractériser la rhéologie de la pâte, puis déterminer à l’aide de ces équations la proportion

minimale de pâte nécessaire pour fluidifier le béton.

Les auteurs ne proposent pas de méthode pour doser la pâte par rapport au blocage. Il existe

une approche similaire du dosage de la pâte mise au point par Tangtermmsirikul, Pettersson et

Bui[30][31][32].

Cette fois, deux critères, calés aussi expérimentalement, sont proposés : un volume de pâte

minimal vis-à-vis de la fluidité, et un volume de pâte minimal vis-à-vis du blocage.

La notion d’excès de pâte a été proposée par Chanvillard et al [14] dans une méthode de

formulation des bétons de sable.

Méthode basée sur le volume minimal de pâte

Dans cette méthode, le béton est considéré comme un matériau bi phasique, une phase solide

constituée par les granulats et une phase liquide qui est la pâte (eau, liant, adjuvants).

Les chercheurs supposent que la pâte joue deux rôles principaux dans un BAP. D’une part, elle

assure la fluidité du mélange, ce qui permet de limiter les frottements entre les granulats, et

d’autre part, elle écarte les gravillons pour éviter le phénomène de blocage. Pour assurer ces

deux rôles, les chercheurs jugent qu’il doit exister un volume minimum de pâte, c’est pour cette

raison qu’ils proposent les deux critères suivants :

Critère de fluidité

Le volume de pâte nécessaire pour fluidifier 1 m3 de béton peut être déterminé en fonction de

la porosité du mélange et de la granulométrie des granulats utilisés, et s’écrit comme suit :

Vmin = 1- (1-Vvide)/Ce

Avec Vvide : la porosité du mélange de sable + gravillons et mesurée selon la norme Américaine

47

Le coefficient d’écartement Ceest calculé comme suit : Ce = [(emin/ Dmoy) + 1]

Avec

Dmoy =

i

ii

m

dxm

di : le diamètre du tamis (mm) ;

mi : masse de granulats sur le tamis i (kg) ;

emin : distance moyenne entre les granulats pour fluidifier le béton (mm).

Lorsque Ce est égal à 1, Vmin est égale à Vvide, le volume de pâte remplis de la porosité des

granulats, dans le cas où Ce> 1, non seulement le volume de pâte comble la porosité, mais il

sert aussi à écarter les granulats.

La détermination de la valeur emin se fait de façon expérimentale, il s’agit de confectionner des

bétons en faisant varier le volume minimal de pâte à prendre.

En faisant varier le rapport (eau/fines), et pour différent paramètres maximaux de gravillons, on

obtient des courbes donnant emin en fonction Dmoy.

Les chercheurs ont choisi de faire varier trois paramètres : le rapport eau/fines, le diamètre

maximal de gravillons, et Dmoy. Ce choix est justifié par soucis de simplifier le modèle.

Critère de non blocage

Il s’agit dans cette partie de modéliser Vbi qui est le volume limite de granulats de taille di.

Vbi : représente le volume limite de granulats de taille di, au-delà duquel le béton ne s'écoule

plus dans un milieu confiné, comme la boîte en L. Les auteurs proposent de modéliser Vbi

linéairement en fonction du rapport de l'espacement e des armatures de la boîte en L et du

diamètre di selon la figure 13 ci-dessous. On remarque que le volume critique d'un sable

quelconque (e=di>15) est de 840 ℓ/m3 : le sable n'est pas prépondérant dans le critère du

blocage, si le béton est fluide.

Le reste de la courbe, c'est-à-dire l'ordonnée du point A, est à déterminer expérimentalement

pour les gravillons utilisés dans le béton à formuler. Il y a donc un grand nombre d'essais à

réaliser.

La figure 13 suivante représente la variation du volume critique d’un sable quelconque. Par

exemple pour le béton fluide avec e/di > 15, Vbi est de 840 ℓ/m3.

L’ordonnée du point A est montrée sur la figure suivante :

48

Figure 13 : Volume limite de blocage Vbi en fonction du rapport de l'espacement des armatures de la boîte en L e et le diamètre di du granulat

Pour simplifier la méthode, on utilise les formules adoptées par les chercheurs, pour lequel le

risque de blocage s’écrit en fonction du rapport du volume Vi de granulats di et de son volume

limite Vbi :

R = bi

i

V

V

Dans cette expression est déduit le volume de pâte pour 1 m3 en prenant R = 1.

Le choix du rapport G/S peut se faire de manière arbitraire : en posant G/S = 1, ou alors par

mesure d’économie, on peut diminuer ce rapport au maximum pour limiter la quantité de liant.

Aussi, il faut noter qu’un fort dosage en sable entraine plus d’air et le mélange sable et

gravillons est choisis de façon à avoir une porosité minimale.

Pour le rapport E/C, il est normalement imposé par le critère de fluidité, sinon, il est fixé et

l’étalement du béton est ajusté par le dosage du superplastifiant.

Méthodes basées sur l’optimisation du squelette granulaire

La formulation des BAP peut passer par optimisation de la porosité du système formé par les

grains solides (du ciment, aux gravillons). Il est connu par exemple que la résistance à la

compression augmente avec la compacité du mélange. L’ouvrabilité est elle-aussi tributaire de

l’arrangement du squelette granulaire.

Reprenons la figure 12 ci-dessus, en considérant maintenant que la phase interstitielle est l’eau

de gâchage, et non plus la pâte. Plus la quantité d’eau qui écarte les grains (2) est importante,

plus la suspension est fluide. A quantité d’eau constante, si on minimise la porosité (1) de

49

l’empilement des grains, on maximise en conséquence le volume d’eau disponible pour

fluidifier le mélange. Cet exemple simple nous montre donc le lien entre compacité et

rhéologie.

Sedram et De Larrard [26] ont développé un modèle décrivant mathématiquement un

empilement, à partir des caractéristiques des grains qui le composent (forme, granulométrie).

Le modèle permet le calcul de la compacité du béton d’un indice représentatif de son degré de

serrage. A l’aide de ses variables sont modélisées la viscosité et le seuil de cisaillement du

béton.

Roshavelove [33] a également développé un modèle d’empilement granulaire, qui semble

néanmoins être au stade théorique.

Méthode basée sur le plan d’expérience

Le nombre de constituants d’un BAP est tel que l’utilisation d’un plan d’expérience est

intéressant pour connaitre l’effet des paramètres de composition.

Khayat et al [34] ont réalisé une telle étude avec les facteurs suivants : Le volume de gravillons,

la masse de fines (C+A), le rapport massique eau sur fines E/(C+A), la masse du superplastifiant

et la masse d’agent de viscosité, chaque facteur a été varié sur une plage comportant cinq

points, ce qui élève le nombre de compositions testées à 25.

Au final, les auteurs fournissent les modèles obtenus, notamment l’étalement et le taux de

remplissage, fonction des différents facteurs. Ces modèles ne sont exploitables que pour les

constituants utilisés dans l’étude. Plus qu’une méthode de formulation, cette approche fournit

surtout un support pour corriger une formule ne répondant pas, par exemple, aux critères de

l’AFGC [17].

Méthode basée sur l’approche du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

LCPC [51]

Cette approche consiste à développer un modèle mathématique à partir d’un modèle de

suspension solide. Ce modèle est basé sur les interactions granulaires entre les différents

constituants du mélange. Il permet de prévoir la compacité d’un mélange granulaire et de

prendre en compte l’effet de confinement des armatures sur la compacité du béton c'est-à-dire

sur son ouvrabilité.

La compacité du mélange est déterminée avec une précision inférieure à 1% à partir des

caractéristiques de constituants suivants :

- Les distributions granulaires ;

- Les proportions du mélange ;

50

- La compacité propre ;

- La densité apparente.

Ce modèle est utilisé afin de prévoir l’évolution de l’ouvrabilité des BAP en fonction de leur

composition, il sert aussi à :

- Comprendre et évaluer l’influence des différents constituants sur les propriétés du

béton ;

- Choisir les matériaux qui permettent d’assurer un BAP de bonnes caractéristiques que

ce soit à l’état frais (ouvrabilité, stabilité) ou l’état durci (résistance, retrait, fluage) ;

- Prendre en compte la spécificité et la nature d’un projet lors de la formulation du BAP.

Exigences du cahier de charges.

La formulation d’un BAP se fait à partir d’un cahier de charges suivant les critères exigés

suivants :

- Étalement : 600 à700 mm ;

- Viscosité plastique : supérieure à 100Pa.s pour éviter la ségrégation et inférieure à

200Pa.s pour un coulage rapide ;

- Résistance à la compression souhaitée à 28 jours.

Il faut tenir compte de l’effet de paroi (espacement des armatures), sur l’environnement de

bétonnage afin d’avoir un confinement potentiel.

Après le choix des matériaux, il est nécessaire de déterminer les caractéristiques suivantes :

- La compatibilité ciment-super-plastifiant ;

- La compatibilité superplastifiant et agent de viscosité ;

- La nature des additions minérales (fumée de silice, laitier, filler calcaire).

Détermination des proportions des constituants :

Les étapes sont les suivantes

- Fixer la proportion de liant à priori ;

- Déterminer le dosage en saturation du superplastifiant ;

- Déterminer le dosage en eau du mélange en présence du superplastifiant, cette valeur

donne une mesure indirecte de la compacité, valeur nécessaire pour vérifier le modèle

de suspension solide,

La teneur en eau est réduite en conséquence et la teneur en fillers est maintenue constante.

Le rapport G/pâte liante est optimisé.

Le béton est élaboré en petite quantité 10 à 15 ℓ et sa teneur en eau est ajustée pour améliorer

la résistance ;

51

Le dosage en superplastifiant est aussi ajusté pour obtenir l’étalement souhaité et ceci ne doit

pas affecter la viscosité plastique. A ce stade le béton vérifie les propriétés rhéologiques

imposées par le cahier de charges à savoir la contrainte de cisaillement et la viscosité plastique.

L’évolution du comportement rhéologique doit être étudiée, l’addition d’un ajout chimique

peut s’avérer nécessaire.

Pour vérifier la validité d’une formulation donnée, elle doit être confrontée à des

expérimentations en vraie grandeur pour appréhender les problèmes de ségrégation.

Analyse de quelques approches

- Analyse de la méthode de volume minimum de pâte

Les essais de caractérisation effectués sur les compositions calculées par cette méthode n’ont

pas été validés. Les lois utilisées pour cette formulation sont issues de la littérature et

concernent certains granulats, il faut donc déterminer des différents coefficients des gravillons

utilisés pour la formulation.

Cette méthode est basée sur la détermination de la quantité de pâte optimale qui a abouti à de

résultats de fluidité satisfaisant supérieure à 65 cm ; ces essais ont permis de montrer la

corrélation entre le volume de pâte et l’étalement.

- Analyse de l’approche Japonaise

Cette méthode présente un inconvénient du point de vue économique, car le prix de revient de

telles formulations est supérieur de 10 à 20% par rapport à celui des BAP utilisés actuellement

en France, répondant aux normes de l’AFGC *17+.

Cependant, du point de vue calcul de la proportion des granulats, cette méthode est proche des

méthodes utilisées actuellement en France. La masse de gravillons est fixée en prenant un

volume égal à la moitié de la compacité.

La compacité des gravillons est déterminée par piquage de gravillons secs dans un cylindre.

De plus, cette méthode permet de déterminer le dosage en eau et en superplastifiant par des

essais sur mortier.

La méthode japonaise donne un béton visqueux, compte tenu de la pâte importante calculée

par cette méthode.

- Analyse de l’approche par optimisation du squelette granulaire

La précision des calculs effectués dépend de la justesse des mesures de propriétés des

constituants. Même si la mesure de la compacité est reconnue comme fiable, la détermination

du dosage optimal du superplastifiant n’est pas assurée.

52

Cette méthode a permis de prouver la bonne concordance entre le seuil de cisaillement et

l’étalement, ainsi que entre l’indice de non blocage et l’essai de la boîte en L. Cependant

aucune corrélation n’a été prouvée entre l’indice de ségrégation et le pourcentage de laitance

récoltée lors des essais de la stabilité au tamis.

Par exemple pour l’approche japonaise, l’indice de ségrégation est grand et par conséquent elle

devrait être stable ; mais il s’avère qu’elle présente le plus grand pourcentage de laitance, ce

qui est quand même contradictoire. On peut néanmoins s’interroger sur la pertinence de l’essai

de stabilité pour des formulations contenant plus de 400 ℓ de pâte.

Conclusion

Après avoir présenté les différentes méthodes de formulation, on peut dresser les conclusions

suivantes :

La première étape dans une formulation est la caractérisation des matériaux utilisés ainsi que

leur interaction.

Sachant que d’une part la compacité d’un gravillon est fonction de sa forme, à savoir, un

gravillon anguleux ou plat a une compacité plus faible qu’un gravillon arrondi, et d’autre part, la

fluidité et le risque de blocage du béton dépendent de la forme de gravillons ; il est judicieux de

doser les gravillons à partir de sa compacité.

La méthode japonaise a montré qu’il existe une corrélation entre le comportement du BAP à

l’état frais et son mortier. Il est donc préférable d’effectuer des essais sur mortier dans un

laboratoire que des essais sur béton en centrale à béton.

La méthode de formule basée sur la minimisation de la pâte permet d’obtenir un BAP

répondant aux exigences de l’AFGC [17].

Pour répondre aux exigences de fluidité, caractérisées par la boite en L, on peut jouer sur la

qualité de la pâte du béton, en sachant qu’une augmentation de la quantité de la pâte implique

un accroissement de la fluidité.

La méthode d’optimisation du squelette granulaire a permis de montrer que les granulats

anguleux et denses nécessitent un volume plus grand de la pâte pour assurer la stabilité, leur

écoulement et éviter le phénomène de blocage.

Remarque sur la formulation du Béton autoplaçant

La mise au point d’une formule du BAP est beaucoup plus complexe, d’abord, les constituants

sont au nombre minimal de six, contre quatre pour du béton ordinaire. Ensuite, le cahier de

charges du BAP comporte plus de clauses, en particulier à l’état frais, conformément à la revue

bibliographique sur les essais au chapitre [VIII.2].

53

Par ailleurs, des facteurs différents sont pris en considération pour formuler les bétons

ordinaires et autoplaçants. Pour les bétons ordinaires, en général, la résistance est le

paramètre principal à optimiser, alors qu’avec les bétons autoplaçants les propriétés

d’écoulement ou le comportement à l’état frais sont les facteurs principaux à optimiser. Le

rapport E/C est le paramètre qui contrôle la résistance d’un béton ordinaire. Par exemple un

faible rapport E/C correspond à une résistance à la compression élevée. Or, pour le béton

autoplaçant, ce même paramètre E/C est relié principalement à la fluidité et à la viscosité du

béton. En effet, la résistance à la compression, une priorité dans la formulation du béton

ordinaire, est devenue un élément sujet à une vérification dans la formulation du béton

autoplaçant.

Le tableau 7 représente une comparaison entre les paramètres pris en compte pour la

formulation des bétons ordinaires et autoplaçants.

Tableau 7 : Comparaison BAP – BO au niveau de la formulation

Béton auto plaçant (BAP) Béton ordinaire (BO)

Priorité donnée au comportement du béton à l’état frais

Priorité donnée à la résistance mécanique du béton à l’état durci

Le rapport E/C correspond à la fluidité Le rapport E /C correspond à la résistance mécanique du béton

La résistance du béton est un paramètre sujet à une vérification

La résistance du béton est un objectif pour sa formulation

Le tableau 8 ci-dessous présente des résultats issus d’une importante base de données sur la

formulation des bétons autoplaçants, sous forme de plages de valeurs du dosage des

constituants entrant dans sa formulation.

Tableau 8 : Limites générales de dosages pour les constituants des BAP [28] [29] [30]

Constituant Plages de dosages

Gravillons Volume compris entre 30 % et 34 % de celui du béton soit 750 – 920 kg/m3

Sable Volume compris entre 40 % et 50 % de celui du mortier soit 710 – 920 kg/m3

Pâte Volume compris entre 34 % et 40 % de celui du béton (dosage total de poudre 450 – 600 kg/m3)

Rapport Eau/Poudre (en volume)

Compris entre 0,8 et 1,2

Eau totale Volume compris entre 155 et 175 litres/m3 et jusqu’à 200 litre/m3 ou plus en présence d’agent de viscosité

54

Granulométrie

La granulométrie est primordiale dans la formulation du BAP, beaucoup plus que pour un béton

ordinaire, elle permet de contrôler quelques paramètres importants d’une composition du BAP

qui vont être développés ci-dessous :

La façon la plus courante de représenter les résultats des essais de tamisage consiste à tracer

une courbe granulométrique. Elle représente le poids des tamisât cumulés (échelle

arithmétique) en fonction du diamètre ou du diamètre équivalent (D), des particules solides

(échelle logarithmique).La courbe granulométrique donne le pourcentage en poids des

particules de taille inférieure ou égale à un diamètre donné (pourcentage du poids total de la

matière sèche de l'échantillon étudié). Les coordonnées semi-logarithmique permettent une

représentation plus précise des fines particules dont I’ influence est capitale sur le

comportement de matériau.

La granulométrie de matériau peut être caractérisée par un coefficient d'uniformité:

Cu = 10

60

D

D

Dy: ouverture du tamis laissant passer y % du poids des grains.

D10est appelé diamètre efficace.

Pour Cu > 2, la granulométrie est dite étalée, pour Cu < 2 la granulométrie est dite uniforme ou

serrée.

Plus la granulométrie est serrée, plus la pente de la partie médiane de la courbe est prononcée.

On définit aussi le coefficient de courbure: Cc = 1060

2

30

D.D

D

Lorsque certaines conditions sur Cu et Cs sont satisfaites, le granulat est dit bien gradué, c’est à

dire que sa granulométrie est bien étalée, sans prédominance d'une fraction particulière.

Quand sa granulométrie est discontinue, avec prédominance d'une fraction particulière, il est

dit mal gradué.

Les classes granulométriques ou coupures granulométriques déterminent les diamètres

minimum et maximum de chaque granulats (sable correcteur, sable, gravillons …).

Le diamètre maximum des gravillons ne doit pas être important (< 20mm) pour limiter le risque

de blocage entre les armatures et le phénomène de ségrégation.

La compacité des granulats doit être optimisée, c’est-à-dire que les proportions de sable et

gravillons à incorporer dans la formule de BAP doivent être étudiées pour diminuer les espaces

entre les grains.

55

La figure 14 illustre les courbes granulométriques des granulats (sable, gravillons, cailloux) afin

d’être utilisés ultérieurement pour identifier les matériaux utilisés dans le cadre de cette étude.

Figure 14 : Modèle des courbes granulométriques des granulats

On peut tirer des renseignements sur la granularité à partir des courbes granulométriques :

Exp1: concernant le sable 0/5 (S1, S2 et S3)

- S1 : à forte proportion de fines

- S2 : normal

- S3 : manque d’élément fins

Exp2 : Concernant les cailloux

- Présence d’un pallier sur la dernière courbe granulométrique, cela veut dire que il y a

une discontinuité

Les fines sont les éléments très fins du sable de taille inférieure à 100 µm. Leur pourcentage est

important car le volume de fines obtenu va rentrer en compte pour la formule du volume de

pâte (Vpâte). Pour un BAP, plus le volume de la pâte est important, plus la qualité est meilleure.

56

Optimisation du rapport G/S

L’optimisation du rapport G/S (Gravillons sur sable) est un point très important dans la

formulation du BAP qui caractérise notamment la qualité des granulats utilisés. En effet, un

sable qui manque de fines sera complété d’un sable correcteur pour combler ce problème.

L’objectif de cette optimisation est de se rapprocher le plus proche possible de la courbe idéale,

ce qui tend à diminuer le rapport G/S.

Figure 15 : Modèle de la courbe optimale par rapport à la courbe idéale

Conclusion

La formulation des bétons autoplaçants qui est validée par tous les essais, autant en laboratoire

que sur chantier, et doit aussi correspondre à une résistance à la compression supérieure à

celle demandée dans le cahier de charges. Un point supplémentaire important est apporté à

l’aspect du parement car tous les voiles ou murs extérieurs doivent avoir le moins de défauts

afin d’obtenir le meilleur rendement possible.

C’est seulement après avoir validé toutes ces étapes (3 essais en laboratoire, 3 essais sur

chantier et les essais de résistance à la compression) que les BAP peuvent être mis en place,

c’est la raison pour laquelle que la mise œuvre du BAP est difficile et demande une précaution

particulière.

57

Fabrication, transport et mise en place des BAP.

En principe tous les types de malaxeurs conviennent pour la fabrication des BAP.

Lors de l’introduction des différents constituants dans le malaxeur, on appliquera les mêmes

consignes que celles recommandées pour les bétons vibrés, en les adaptant aux conditions

locales dans chaque cas particulier [9].

L’intensité et le temps de malaxage ainsi que l’ordre d’introduction des constituants sont des

facteurs qui influent fortement sur l’homogénéité du béton, sur l’effet optimal des additions et

des adjuvants, c’est la raison pour laquelle on fixe le temps de malaxage à environ 120

secondes, cette moyenne peut être ajustée selon l’efficacité du malaxeur.

En raison de sa fluidité élevée, le béton autoplaçant doit être transporté en camion malaxeur.

Comme dans le cas d’un béton vibré, la fluidité du béton peut se modifier durant le transport,

la manière et l’ampleur de cette modification sont fonctions de plusieurs paramètres : le type

d’adjuvant, la durée de transport, le dosage en eau et la température.

Dans une certaine mesure, il est possible de corriger ces modifications pour vérifier les

exigences d’ouvrabilité souhaitées au moment du déchargement sur chantier.

Dans le cas de rajouts d’adjuvant dans le camion, il est recommandé de respecter

impérativement le temps de malaxage minimal recommandé pour assurer la dispersion de

l’adjuvant et sa répartition homogène dans l’ensemble du chargement du béton.

En revanche, tout ajout d’eau est à proscrire. Il est important d’appliquer les procédures de

fabrication rigoureuse également pour les facteurs qui paraissent moins importants et qui sont

négligés dans le cas d’un béton vibré, comme les résidus d’adjuvants dans le malaxeur, ou le

reste d’eau dans le camion malaxeur, qui peuvent entraîner certains problèmes [15].

Par rapport au béton vibré la mise en place du béton autoplaçant est grandement facilitée, elle

peut être réalisée par une seule personne et selon trois méthodes différentes :

- la première méthode est celle utilisée pour les bétons ordinaires vibrés, la mise en place

se fait à l’aide d’une goulotte.

Pour limiter le phénomène de ségrégation favorisé par ce procédé, il convient de fixer la

hauteur de chute maximale du béton à 5m ;

- la deuxième méthode consiste à utiliser un tube plongeur immergé dans le béton frais,

dans la partie inférieure du coffrage.

- La mise en place du BAP peut se faire par pompage : Par cette troisième méthode il y a

réduction du bullage et obtention de parements plus lisses ;

Pour réussir les ouvrages en béton autoplaçant, il est capital d’appliquer scrupuleusement les

recommandations de fabrication, de transport et de mise en œuvre.

Dans certains cas, il est nécessaire de procéder à des essais de faisabilité et de mise au point.

[16]

58

Partie III : ÉTUDES EXPERIMENTALES

59

Cette partie concerne l’ensemble des approches expérimentales à partir de l’identification des

matériaux utilisés et l’application pratique des méthodes de formulation des bétons, en passant

par les essais à l’état frais des BAP et à l’état durci pour les deux types de bétons. Les résultats

de ces essais sont alors exploités et analysés dans cette étape.

I. Objectif de l’étude

Les objectifs de cette étude expérimentale est d’une part de développer une formulation pour

les bétons autoplaçants, et d’autre part de caractériser leurs performances physiques et

mécaniques à partir d’essais appropriés, ceci permet de les valider en tant que BAP et d’évaluer

leur aptitude à remplacer les bétons traditionnels vibrés.

Pour cela, on a choisi de faire des essais sur deux types de granulats (granulats concassés

normalisés et granulats de fabrication artisanale) et de varier quelques paramètres sur chaque

type de granulats tels que le dosage en superplastifiant et en fines tout en gardant constant le

dosage en ciment.

Une partie des essais ont été réalisés au laboratoire du Génie Civil de l’Institut Supérieur de

Technologie d’Antananarivo (IST-T) et les matériels utilisés pour les caractérisations des BAP à

l’état frais ont été mis à notre disposition par ledit laboratoire, sauf la boite en L qui a été

confectionnée spécialement dans le cadre de cette recherche. D’autre partie, des essais de

bétons à l’état durci (compression simple) et des essais d’identification des matériaux ont été

réalisés au Laboratoire National des Travaux Publics et du Bâtiment (LNTPB).

Les résultats obtenus avec les deux types de granulats seront, ensuite, comparés pour les essais

à l’état frais et l’état durci des BAP.

Variables de l’étude

Les bétons ont étés élaborés avec deux types de granulats, comme indique la photo 8 ci-après :

- Gravillons dénommés : 3/8, 5/15 et 15/25 de fabrication artisanale

- Gravillons concassés de classe : 5/15 et 15/25 provenant d’une centrale de concassage

normalisé

- Sable de rivière et sable concassé de classe : 0/5

- Ciment fabriqué localement de classe 42,5.

Les ajouts utilisés sont figurés sur la photo 9 :

- Un superplastifiant haut réducteur d’eau, fourni par le LNTPB

- Le filler calcaire, fourni par le LNTPB.

60

Photo 8 : Lieu de stockage des granulats pour les essais

Photo 9 : Le filler calcaire et superplastifiant mélangés avec du mortier

Les paramètres à varier sont :

- Dosage en superplastifiant et la présence ou non d’ajout minéral (filler calcaire)

- Dosage en eau

Les bétons élaborés sont :

→Composition des bétons ordinaires (témoins) :

- Gravillons concassés : 15/25 et 5/15 avec de sable de carrière + ciment et eau ;

- Gravillons de fabrication artisanale : 15/25 et 5/15 avec sable de rivière +ciment et eau;

- Gravillons de fabrication artisanale : 15/25, 5/15 et 3/8 avec de sable de rivière + ciment

et eau ;

- Gravillons de fabrication artisanale : 5/15 et 3/8 avec de sable de rivière mais sans

gravillons 15/25 + ciment et eau.

61

→Composition des bétons autoplaçants (BAP) :

La composition et le dosage des différents types des constituants des BAP sont détaillés

dans les tableaux 9 et 10 ci-après.

Tableau 9 : Composition des différents types de BAP

Nature granulats Désignation N° Eprouvettes Autres Constituants

Gravillons de fabrication artisanale : 15/25, 5/15 avec de sable de rivière

BAP1 BAP1/1 à BAP1/6 Ciment et eau

BAP2 BAP2/1 à BAP2/6 Superplastifiant 1%C Ciment et eau

Gravillons de fabrication artisanale : 5/15 et 3/8 avec de sable de rivière


Gravillons de fabrication artisanale : 3/8, 5/15 et 15/25 avec de sable de rivière


Gravillons concassés : 15/25 et 5/15 avec de sable de carrière 0/5



BAP6 BAP6/1 à BAP6/6 superplastifiant 1%C filler calcaire 2,5 %C Ciment et eau

Gravillons de fabrication artisanale : 3/8, 5/15 et 15/25 avec de sable de rivière


Gravillons concassés : 5/15 et 15/25 avec de sable de carrière




Tableau 10: Dosage des différents types de constituants de BAP

Désignation du BAP

Superplastifiant [%] C

Teneur en eau [%]/m3

Teneur en filler [%] C

Etalement [cm]

BAP1 0,00 26,90 0,00 60,50

BAP2 1,00 21,52 0,00 60,00

BAP3 1,00 19,40 0,00 61,00

BAP4 1,00 19,40 0,00 62,00

BAP5 1,00 19,40 0,00 63,00

BAP6 1,00 19,40 2,50 62,00

BAP7 1,00 19,40 2,50 62,00

BAP8 1,00 19,40 2,50 61,50

BAP9 2,00 17,50 2,50 66,00

62

- Commentaire :

Les ajouts chimiques sont des adjuvants qui, incorporés au béton modifient une ou plusieurs de

ses propriétés à l’état frais ou durci. Etant constitués le plus souvent de produits tensio-actifs, il

suffit donc de très faibles proportions du produit pour provoquer des modifications

importantes des propriétés du béton ; c’est la raison pour laquelle, d’une part, on a fait une

faible variation du superplastifiant entre 0%C, 1%C et 2%C, et d’autre part, dans un souci

d’économie. Aussi, cette logique de raisonnement est valable pour le dosage en filler calcaire.

D’après le tableau 10, il est inutile de tracer les courbes d’étalement en fonction des variations

de teneurs (eau, Sp et filler), parce que leurs variations sont faibles. En plus, les valeurs des

étalements pour tous les essais à l’état frais, respectent les normes prescrites dans le cahier de

charges.

Les essais à réaliser

Les essais effectués sur chacun de ces bétons à l’état frais et à l’état durci ont permis de

montrer l’influence de :

- La variation du dosage en superplastifiant et la présence ou non d’un ajout minéral ;

- La variation de la quantité d’eau ;

Dans ce cadre, pour les essais granulométriques, 3 essais pour le sable de rivière, 3 essais pour

le sable de carrière, 9 essais pour les gravillons de fabrication artisanale : 3/8, 5/15 et 15/25, 6

essais pour les gravillons concassés 5/15 et 15/25.

Pour le béton témoin à l’état durci, 3 essais à 7 jours 3 essais à 14 jours et 3 essais à 28 jours.

Pour les BAP1 à BAP9 à l’état frais, étalement au cône d’Abrams (3 essais), boîte en L (3essais),

stabilité au tamis (3 essais), ensuite à l’état durci, 3 essais à 7 jours, 3 essais à 14 jours et 3

essais à 28 jours.

Ce qui mène à faire 21 essais granulométriques, 81 essais sur les BAP à l’état frais et 30 essais

pour chacun à 7, à 14 et à 28 jours.

Au total, dans le cadre de cette recherche, on a effectué : 81+ (30 × 3) + 21 = 192 essais en

laboratoire, comme indique les photos 10, 11 et 12, ainsi que d’autres essais y afférents

(densités…)

63

Photos 10,11 et 12 : Différents types des essais en Laboratoire

Procédure expérimentale

Identification des matériaux

Avant d’entamer la formulation, il est nécessaire de connaître les matériaux utilisés. Leurs

caractéristiques sont déterminées au moyen d’un certain nombre d’essais. Ces essais doivent

être normalisés et la convenance de ces matériaux est établie grâce aux spécifications

particulières.

Le ciment utilisé est de classe 42,5, fabriqué localement et sa densité relative est de 3,1.

Les granulats utilisés dans cette étude proviennent de la périphérie de la ville d’Antananarivo :

Pour le sable de rivière, il vient de la rivière d’Ikopa à l’entrée du pont Ampasika, en direction

d’Itaosy.

Par contre, le sable de carrière 0/5 provient de la centrale de concassage de la Société SCB au

Fasankarana.

Pour les gravillons, ils sont de deux types :

- les granulats concassés, ils viennent de la centrale de concassage de la Société

SCB au Fasankarana et de la carrière d’Anosiala, District d’Ambohidratrimo de la

route nationale n°4 au PK 18, comme l’indique la photo 13 ci-après.

64

Photo 13 : Centrale de concassage de granulats

- les granulats fabriqués artisanalement, Ils sont vendus au site de la route

nationale n°2 au niveau d’Ambohimahitsy, comme l’indique la photo14 ci-après.

Photo 14 : Lieu de stockage et de vente des granulats artisanaux

Échantillonnage

C’est l’opération qui consiste à prélever un échantillon représentatif du matériau pour effectuer

les essais. Elle peut se faire par quartage ou à l’aide d’un échantillonneur comme indique la

photo 15 ci-dessous.

65

Photo 15 : Échantillonneur

Méthodes de caractérisation

Analyses granulométriques

Il s’agit de fractionner le matériau au moyen d’une série de tamis pour déterminer sa classe.

Les granulats utilisés pour la fabrication du béton sont des matériaux artisanaux ou concassés

d’origine naturelle ou artificielle.

La granularité des granulats représente la distribution dimensionnelle des grains, exprimée en

pourcentage de masse sèche passant à travers d’un ensemble de tamis.

La granularité des granulats est déterminée par l’analyse granulométrique.

L’essai consiste à séparer par tamisage, au moyen d’une série de tamis, un matériau en

plusieurs classes granulaires de dimension décroissante.

Concernant les matériels utilisés, il faut faire attention parce qu’il n’y a pas possibilité en

général d’assurer un bon emboitement entre tamis de différents origines.

Ces matériels sont :

- Balance de portée compatible avec la masse totale de l’échantillon ;

- Dispositif permettant le séchage des granulats (étuve, micro-onde, …) ;

- Bacs, brosses, pinceaux, …

- Machine à tamiser (vibro-tamis, tamiseuse pour produits fins et moyens, …).

Le principe de fonctionnement du Vibro- tamis est qu’il assure le tamisage par vibration

ellipsoïdale dans un plan horizontal. Un cadre rigide lie le moteur à un carter contenant une

masselotte excentrée. L’ensemble de l’appareil est suspend able de façon qu’aucune vibration

ne soit transmise au support du Vibro-tamis.

La série normalisée de tamis utilisée est en diamètre d’ouverture des tamis (en mm) : 0,08 –

0,16 – 0,315 – 0,63 – 1,25 – 2,5 – 5 – 10 – 20 – 40 – 80 ; soit en module AFNOR : 20 – 23 – 26 –

29 – 32 – 35 – 38 – 41 – 44 – 47 – 50.

66

Les résultats sont exprimés sous forme de tableaux qui correspondent à des courbes

granulométriques :

- En abscisse : les modules des tamis échelle linéaire)

- En ordonnée : le passant cumulé en % de volume absolue.

Module de finesse Mf

Cette caractéristique est déduite de l’analyse granulométrique du granulat. Elle est

spécialement très utilisée pour caractériser la finesse d’un sable : plus la module de finesse est

faible, plus le granulat est fin et inversement.

Sa valeur est donnée par la relation :

Mf= (Somme des refus sur les tamis de module : 20 – 23 – 26 – 29 – 32 – 35 – 38 – 41 – 44)/100

Le module de finesse permet de compléter la définition granulaire, il permet de définir par un

seul nombre la grosseur et la finesse du sable.

Ce module est en général compris entre 0,6 et 4,0, du plus fins au plus grossier. Il ne s’applique

au sable dont la dimension des plus gros grains (Dmax) est inférieure ou égale à 1mm.

Le module de finesse sert à évaluer la grosseur du sable :

- Un module finesse faible correspond à un sable fin ;

- Un module de finesse élevé correspond à un sable grossier.

Le Module de finesse peut être représenté géométriquement ; il correspond

approximativement à la valeur de la surface comprise entre la courbe granulométrique, la

parallèle à l’axe des ordonnées passant par le tamis d’ouverture 0,16 mm et la parallèle à l’axe

des abscisses, passant au point 100% des passants cumulés.

La valeur du module de finesse dépend surtout de la teneur en grains fin du sable.

Détermination des masses volumiques et densités

Les mesures des densités absolue et apparente ont été effectuées au laboratoire du Génie civil

de l’IST.

Masse volumique apparente et densité apparente

La méthode consiste à déterminer la masse de granulat occupant un volume donné, dans des

conditions précises de remplissage du volume.

L’exécution de l’essai consiste :

- Si le volume du prélèvement est trop important, y découper un échantillon représentatif

de forme quelconque adaptée au matériel de pesée dont on dispose ;

67

- Peser l’échantillon dans l’air à son état naturel ; soit m sa masse ;

- L’enrober totalement de paraffine à la température de 70 °C ;

- Peser l’échantillon paraffiné dans l’air ; soit m1 sa masse ;

- Peser l’échantillon paraffiné dans l’eau ; soit m2 sa masse ;

- Enlever soigneusement toute la paraffine ;

- Effectuer deux mesures de teneur en eau (%) sur une fraction ou sur la totalité de

l’échantillon.

La densité apparente est le rapport de la masse volumique à la masse d’un égal volume d’eau,

et ce rapport est sans dimension.

L’appareil utilisé est une balance hydrostatique capable de peser 5000 g et précise à 1g.

Masse volumique absolue et densité absolue

La masse volumique absolue est par définition, le poids par unité de volume des grains solides

d’un granulat ; les vides de ce granulat, et l’eau qui pourrait y être incluse n’entrent alors pas en

ligne de compte.

La masse volumique absolue d’un granulat est donc le quotient du poids de ces grains solides

par leur volume absolu.

L’essai a pour but de déterminer la masse volumique absolue d’un granulat (sable ou gravillon).

Il consiste à :

- Prendre l’échantillon (sable ou gravillon), puis on le pèse et soit m sa masse ;

- Préparer une éprouvette graduée et on y ajoute un volume d’eau v1 connu ;

- Verser l’échantillon dans l’éprouvette contenant de l’eau.

Si v2 est le volume d’eau + échantillon, la masse volumique absolue est : δ = m/(v2-v1)

La détermination de la masse spécifique peut se faire aussi à l’aide de pycnomètre pour

granulat et eau. On utilise donc un petit pycnomètre utilisé généralement pour les produits

bitumineux et un produit de liquide hydrocarbure.

Principe de l’essai par du pycnomètre : on mesure tout d’abord le volume du pycnomètre, en le

remplissant d’eau. Une correction de la température est éventuellement apportée. Puis le

ballon étant vidé de son eau, on y introduit l’échantillon à essayer. On achève de remplir avec

de l’eau jusqu’au trait de repère et on le pèse. Ceci permet de calculer le volume absolu des

grains de l’échantillon.

Il faut avoir bien soin d’éviter que des bulles d’air restent accrochées à l’échantillon dans le

ballon, ce qui fausserait la mesure.

La densité absolue est le rapport de la masse spécifique à la masse d’un égal volume d’eau.

68

Essai d’Equivalent de sable

L’essai d’équivalent de sable à 10% des fines est effectué sur la fraction de matériau passant au

tamis à mailles carrées de 2 mm, et dont la fraction des éléments passant au tamis à mailles

carrées de 0,08 mm, a éventuellement été ramenée à 10%, par adjonction d’un sable

correcteur. Cet essai rend compte globalement de la qualité des éléments fins, exprimant un

rapport conventionnel volumétrique entre les éléments dits sableux qui sédimentent, et les

éléments qui floculent.

La valeur de l’équivalent de sable à 10% de fines est le rapport multiplié par 100 de la hauteur

de la partie sableuse sédimentée, à la hauteur totale de floculat et de la fraction sédimentée.

L’équivalent de sable est un essai de propreté par l’intermédiaire d’un appareil de mesure selon

la photo 16, la valeur de l’ES exprime le pourcentage de fines argileuses contenues dans le

sable.

Photo 16 : Appareil de mesure de l’ES du LNTPB

L’absence de fines ne permet pas d’obtenir un béton compact et diminue la résistance

mécanique. Par contre, l’excès de fines est défavorable dans la mesure où il augmente la

demande en eau.

Essai Los Angeles – Coefficient de Los Angeles.

Le coefficient de Los Angeles est obtenu par la limitation de la fragmentation qui permet

d’éviter d’utiliser des gravillons dont la granularité pourrait évoluer pendant le malaxage et le

transport.

L’essai consiste à mesurer la quantité d’éléments inférieurs à 1,6 mm produite, en soumettant

les matériaux aux chocs de boulets dans un cylindre en rotation

69

La mesure de ce coefficient permet d’évaluer la résistance à la fragmentation des gravillons.

Ces essais ont été effectués sur les différentes classes de granulats avec l’appareil de Los

Angeles du LNTPB sur la photo 17.

Photo 17: Appareil de Los Angeles du LNTPB

Détermination des coefficients d’aplatissement et volumétrique.

Le principe de la méthode pour déterminer le coefficient d’aplatissement consiste à effectuer

deux tamisages successifs :

- Un tamisage sur tamis qui permet de classer l’échantillon en différentes classes

granulaires d/D (avec D = 1,25 d) ;

- Un tamisage des différentes classes granulaires d/D, sur des grilles à fentes

parallèles d’écartement D/2

Le coefficient d’aplatissement de chaque classe granulaire d/D correspond au passant du

tamisage sur la grille à fente correspondante, exprimé en pourcentage.

Les coefficients d’aplatissement et volumétrique des gravillons ont été effectués dans le même

laboratoire, leur composition minéralogique est constituée essentiellement de 40 % de quartz,

50 % de feldspath et 10 % de micas (biotite).

Spécifications :

Une série de grilles constituées par des barres cylindriques parallèles fixées dans un châssis

carré.

Pour chacune des grilles, les fentes doivent satisfaire aux conditions suivantes :

- Il doit y avoir plus de 10% de la longueur totale des fentes dont l’écartement diffère de

0,25 mm de l’écartement nominal ;

70

- En aucun pont des fentes, la longueur de fente ne doit s’écarter de 0,5 mm de la

dimension nominale.

Caractéristiques des constituants

Le ciment

Le ciment utilisé pour l’élaboration des bétons est un ciment du type CEMI 42,5, et c’est un

produit local, commercialisé en sac de 50 kg. Ses caractéristiques physiques et mécaniques sont

données par le tableau 11 ci-après.

Tableau 11 : Caractéristiques physiques et mécaniques du CEMI

Constituants Valeur Exigence normative NM 031-1

Couleur Grise -

Masse volumique apparente [g/cm3] 1,24 -

Masse spécifique [g/cm3] 3,14 -

Etude de consistance normalisée % 27,8 -

Début de prise mn 127 ≥ 60

Fin de prise mn 247 -

Stabilité mm 0 ≤10

Refus 32 μm % 14 -

Surface spécifique Blaine SSB cm2/g 3267 -

Rc28j MPa 54,80 ≥ 42,5 ≤ 62,5

Source : Laboratoire science des matériaux E.S Polytechnique

Les sables

Granularité des sables

Les résultats analyses granulométriques des sables de rivière et sable de carrière sont donnés

par les tableaux 12, tandis que leurs courbes correspondantes sont présentées par les figures

16, 17 et 18 ci-après.

Dates des essais : 04/05/ 2012 et 08/05/2012

Etuvage : 120°C pendant 24 h

71

Tableau 12: Résultats d’analyse granulométrique du sable de rivière et du sable de carrière

Module

AFNOR

Ouverture des tamis

(mm)

Sable de rivière Sable de carrière

Tamisât moyen cumulé (%)


41 10,00 100 100

38 5,00 99,95 99,27

34 2,50 99,51 93,54

31 1,25 92,79 77,9

28 0,63 61,70 56,74

26 0,315 17,80 25,73

22 0,16 3,74 8,04

20 0,080 0,67 1,01

< 0,080 0,35 0,21

Figure 16 : Courbe granulométrique du sable de rivière

72

Figure 17 : Courbe granulométrique du sable de carrière

Figure 18 : Courbes granulométriques du sable de rivière et du sable de carrière

Les autres caractéristiques de sables.

Masses volumiques et densités des sables. Le tableau 13donne les résultats de la densité absolue et de la densité apparente des sables de

rivière et de sable de carrière.

Tableau 13 : Densités absolue et apparente des sables

Granulats Sable de rivière Sable de carrière 0/5

Masse volumique apparente [Kg/m3]

1300 1370

Masse spécifique [Kg/m3] 2610 2260

Densité apparente 1,30 1,37

Densité absolue 2,61 2,26

73

Module de finesse.

La valeur du module de finesse dépend surtout de la teneur en grains fin du sable et les

résultats sont donnés par le tableau 14 ci-après.

Tableau 14 : Résultats des essais du Module de finesse :

Granulats Sable de

carrière 0/5 Sable de rivière

Spécifications

Module de

Finesse Mf

2,13

2,93

2,8 < Mf < 3,2 sable grossier

2,2 < Mf < 2,8 sable moyen

1,8 < Mf < 2,2 sable fin

Equivalent de sable

L’absence de fines ne permet pas d’obtenir un béton compact et diminue les résistances

mécaniques. Par contre, l’excès de fines est défavorable dans la mesure où il augmente la

demande en eau.

Les résultats de l’essai sur l’équivalent de sable sont donnés par le tableau 15 ci-après.

Tableau 15 : Résultats des essais de l’équivalence de sable

Granulats Sable de carrière

Sable de rivière

Spécifications

Équivalent de sable (%) 59

71

70 à 80 pour un sable roulé

>65 pour un sable de carrière

Etude comparative des sables

On constate sur la figure 18 ci-dessus que, en abscisse, sur la partie inférieure à 27 du module

AFNOR, le sable de carrière est plus riche en éléments fins par rapport au sable de rivière ; par

contre, toujours en abscisse, sur la partie supérieure à 27 du module AFNOR, il a été constaté

que le sable de carrière est plus faible en éléments grossiers par rapport au sable de rivière.

En conclusion, le sable de carrière contient plus des éléments fins que le sable de rivière ; ce qui

veut dire que le sable de carrière demande un peu plus d’eau dans la confection d’un mortier et

ceci pourrait être défavorable par rapport à la résistance mécanique du béton.

74

Les gravillons

Granularité des gravillons.

Les analyses granulométriques des gravillons concassés concernent les classes 5/15 et 15/25 et

les gravillons artisanaux les classes 3/8, 5/15 et 15/25. Les résultats obtenus sont donnés par

les tableaux 16, 17 et 18, tandis que leurs courbes correspondantes sont présentées par les

figures 19, 20, 21, 22 et 23 ci-après.


Tableau 16 : Analyse granulométrique des gravillons concassés 5/15 et 15/25

Module

AFNOR

Ouverture des tamis

(mm)

Gravillons concassés 5/15




46 31,50 100 100

44 20,00 100 73,03

41 10,00 65,21 3,11

38 5,00 26,02 1,30

34 2,50 4,32 0,83

31 1,25 2,94 0,94

28 0,63 2,11 0,77

26 0,315 1,19 0,55

22 0,16 0,47 0,30

20 0,080 0,12 0,20

< 0,080

Figure 19 : Courbes granulométriques des gravillons concassés

75

Figure 20 : Courbes granulométriques des gravillons concassés et sable de carrière

Tableau 17 : Analyse granulométrique des gravillons artisanaux 3/8, 5/15 et 15/25

Module AFNOR

Ouverture des tamis

(mm)

Gravillons artisanaux 3/8






46 31,50 0,00 100 100

44 20,00 90,24 100 73,03

41 10,00 50,88 65,21 3,11

38 5,00 23,56 26,02 1,30

34 2,50 4,63 4,32 0,83

31 1,25 3,53 2,94 0,94

28 0,63 3,27 2,11 0,77

26 0,315 3,04 1,19 0,55

22 0,16 2,86 0,47 0,30

20 0,080 2,75 0,12 0,20

< 0,080

76

Figure 21 : Courbes granulométriques des gravillons artisanaux

Figure 22 : Courbes granulométriques des gravillons artisanaux et du sable de rivière

77

Tableau 18 : Analyse granulométrique des gravillons artisanaux 3/8, 5/15 et 15/25 et des gravillons concassés 5/15 et 15/25.

Module AFNOR


Gravillons artisanaux

5/15


15/25

Gravillons concassés

5/15


15/25

Tamisât moyen cumulé

(%)


(%)


(%)


(%)


(%)

46 0,00 100 100 100 10

44 90,24 100 73,03 100 73,03

41 50,88 65,21 3,11 65,21 3,11

38 23,56 26,02 1,30 26,02 1,30

34 4,63 4,32 0,83 4,32 0,83

31 3,53 2,94 0,94 2,94 0,94

28 3,27 2,11 0,77 2,11 0,77

26 3,04 1,19 0,55 1,19 0,55

22 2,86 0,47 0,30 0,47 0,30

20 2,75 0,12 0,20 0,12 0,20

Figure 23: Courbes granulométriques des gravillons concassés et artisanaux

Sur la figure 23 ci-dessus, il est à noter que les courbes granulométriques des granulats

artisanaux 3/8 et des granulats concassés 5/15 sont presque égales sauf sur la partie en

abscisse entre 28 à 39 du module AFNOR qui est riche en éléments fins pour les granulats 3/8,

représentant environ 32 % de tamisât cumulé. Ce qui veut dire, qu’on peut remplacer les

granulats concassés 5/15 par les granulats artisanaux 3/8 pour des raisons technique et

économique.

78

Les autres caractéristiques des gravillons

Masses volumiques et densités des gravillons

Le tableau 19 présente les résultats de ces essais pour les granulats concassés et de fabrication

artisanale.

Tableau 19 : Densités absolue et apparente des gravillons

Granulats Gravillons concassés

15/25


5/15


3/8


5/15


15/25

Masse volumique apparente [Kg/m3]

1400 1510 1260 1440 1390

Masse spécifique [Kg/m3] 2370 2400 2390 2530 2460

Densité apparente 1,40 1,51 1,26 1,44 1,39

Densité absolue 2,37 2,40 2,39 2,53 2,46

Coefficients de Los Angeles LA

Les résultats de ces essais sont donnés par le tableau 20 ci-après et il a été constaté que les

granulats concassés et les granulats artisanaux ont des bonnes spécifications.

Tableau 20 : Résultats des essais de Los Angeles

Granulats Concassés

15/25 Concassés

5/15 Artisanal

15/25 Artisanal

5/15 Artisanal

3/8 Spécifications

LA (%) 20 28

< 15 Très bon à bon, 15 – 20 Bon à moyen, 20–30

Moyen à faible et >30 Médiocre

Spécifications :

- LA < 15 : Très bon à bon

- LA = 15 à 30 : Bon à moyen

- LA = 30 à 45 Moyen à faible

- LA > 45 Médiocre et non recommandé

Il a été constaté que les gravillons concassés sont plus durs, avec LA=20%, que les gravillons

artisanaux ayant LA = 28%, tout en restant quand même dans la limite des bonnes

spécifications

79

Coefficients d’Aplatissement et Volumétrique

D’après les essais qu’on a effectués au LNTPB, leur composition minéralogique est constituée

essentiellement de 40 % de quartz, 50 % de Feldspath et 10 % de Micas (Biotite) et les résultats

des essais sont donnés sur le tableau 21.

Tableau 21 : Résultats des essais CV et CA

Référence des granulats

Nature Composition Structure C.V C.A

Concassé 15/25 Granite présence de

concassé altéré

Quartzite 40%, Feldspath 50% et

Micas (Biotite) 10%

Grenue à grains moyens

25 15

Concassé 5/15 Granite présence de

concassé altéré 17 10

Type artisanal 15/25

Granite présence de concassé altéré

18 10

Type artisanal 5/15


22 7

Type artisanal 3/8


5

Si on fait la moyenne des densités, il est constaté que les caractéristiques des gravillons

artisanaux (densités, CA, CV) sont supérieures à ceux des gravillons concassés. Cela veut dire

que généralement, les gravillons artisanaux ont des meilleures caractéristiques que les

gravillons concassés.

Forme des grains : Les gravillons artisanaux ont de forme aux arrêtes irréguliers et dentés, par

contre, les gravillons concassés ont des arrêtes arrondis et lisses.

Les ajouts

Les caractéristiques des ajouts utilisés ont été données dans la fiche technique fournie par le

LNTPB, fournisseur de ces produits.

Le superplastifiant

Le superplastifiant est un produit sous forme de liquide dont ses caractéristiques sont données

par le tableau 22.

Tableau 22: Caractéristiques du SP de marque : Optima 100

Forme Liquide

Couleur Crème

Densité à 20°C 1, 06

pH 4 ± 0,5

Teneur en Cl ≤ 0,10 %

Teneur en Na2O ≤ 0,30 %

Plage de dosage recommandée 0,5 à 5 kg pour 100 kg de ciment

Source : LNTPB

80

Le filler calcaire (Agent de viscosité)

Le filler calcaire est obtenu en broyant de calcite par l’intermédiaire d’un appareil de Los

Angeles du LNTPB et les caractéristiques sont données par le tableau 23.

Tableau 23 : Caractéristiques du filler calcaire

Forme poudre

Couleur blanche

Densité apparente 1, 372

Poids spécifique 2,47

Surface spécifique Blaine (passant 80μ) 3240 cm2/g

Plage de dosage recommandée 5 à 10 % selon les performances recherchées

Source : LNTPB

Ce produit joue en même temps le rôle des fines d’ajout et celui d’agent de viscosité. Il a une

finesse équivalente à celle du ciment.

L’eau de gâchage

L’eau utilisée pour l’élaboration des bétons est l’eau du réseau public de la JIRAMA et ses

constituants sont donnés par le tableau 24.

Tableau 24 : constituants de l’eau de la JIRAMA

Constituants [%] Valeur

Insoluble 0

Matières dissoutes 0,0034 à 0,005

Carbonate et bicarbonates alcalins 0,0028

Sulfate en SO3 0

Sulfate en S 0

Sucre 0

Phosphate 0

Nitrate 0

Zinc 0

Acidité : pH [sans unité] 7,2 à 8,5

Acide humique [sans unité] Aucune coloration brunâtre

Chlorure [mg.L-3] 3,55 à 8,5

Ions-soufre 0

Source : JIRAMA

81

Formulation des bétons ordinaires témoins.

Dans le cadre de cette recherche, on va appliquer la méthode DREUX.

Application pratique de la méthode DREUX

Les données indispensables sont :

# Données sur le béton:(à titre d’exemple)

- Résistance à 28 jours

- Affaissement en cm : A= 8 cm, pour béton plastique

- Serrage : vibration normale

- Pompage ou non du béton : non pompé

# Données sur le ciment:

- Classe vraie

- Densité

# Données sur les granulats:

- Forme des granulats: concassée et fabrication artisanale

- Propreté (ES): ES

- Tableaux d’analyse granulométrique des granulats: donnés

- Module de finesse : Mf

- Dimension maximale des granulats : Dmax

- Teneur en en W(%) des granulats: W(%) sable = 4 % W(%) gravier = 2%

- Masses volumiques des granulats.

- Détermination de Dmax :

On choisit le diamètre maximum (Dmax) en fonction du type d’ouvrage à construire et du moyen

de mise en œuvre selon le tableau 25 ci-après.

82

Tableau 25 : Détermination de Dmax en fonction du ferraillage et de l’enrobage.

Caractéristiques de la pièce à bétonner Dmax

eh Espacement horizontal entre armatures horizontales eh / 1,5

ev Espacement vertical entre lits d’armatures horizontales ev

d

Enrobages des armatures : Ambiance très agressive 5 cm Ambiance moyennement agressive 3 cm Ambiance peu agressive 3 cm Ambiance non agressive 1 cm

< d

r

Rayon moyen du ferraillage

1,4 r 1,2 r

hm Hauteur ou épaisseur minimale hm / 5

Dosage en ciment :

Le dosage en ciment est en fonction de C/E, mais également du dosage en eau E nécessaire à

l’ouvrabilité satisfaisante. L’abaque de la figure 24 suivante permet d’évaluer

approximativement C en fonction de C/E et de l’ouvrabilité désirée qui doit être considérée

comme une donnée au problème.

Il est fonction de la résistance du béton ; plus la résistance est élevée, plus, on augmente la

quantité de ciment.

a

b

Granulats roulés

Granulats concassés

r = )ba(2

ba

83

Figure 24 : Abaque permettant déterminer C/E

Dosage en eau:

C’est la valeur la plus difficile à évaluer et il faut être prudent quant à son calcul. On calcule C/E

selon la relation de Bolomey avec fcm = G x σc’ x (

E

C– 0,5)

D’où C/E = (fcm / G x σ’c) + 0,5

fcm : Résistance visée à 28 jours (MPa), avec fcm= 1,15 × fc28 (Résistance imposée par le cahier

des charges)

σc’ : Classe vraie de résistance du ciment 42,5 + 12,5 = 55 MPa, si classe du ciment : 42,5

C : dosage en ciment

E : dosage en eau

G : coefficient granulaire est donné par le tableau 26 ci-après.

84

Tableau 26 : Valeurs approximatives du coefficient granulaire (G)

Qualités des granulats

Dimension D des granulats

Fins (D ≤ 16 mm) Moyen (25 ≤ D ≤ 40 mm Gros (D ≥ 63 mm)

Excellente 0,55 0,60 0,65

Bonne, courante 0,45 0,50 0,55

Passable 0,35 0,40 0,45

Analyses granulométriques des granulats

Sur un graphique d’analyse granulométrique, on trace la courbe granulaire de référence OAB.

C’est une droite brisée dont le point de brisure est défini par son abscisse X et son ordonnée Y :

Point B à l’ordonnée 100% correspond à la dimension Dmax (plus gros granulats).

Point de brisure A ayant pour coordonnées :

En abscisse :

Si D ≤ 25 mm X = D/2.

Si D > 25 mm Module(X) = (Module(Dmax) +38)/2

En ordonnée :

Y = 50 – (Dmax)1/2 + K

Avec K : est un terme correcteur qui dépend du dosage en ciment, de l'efficacité de serrage, de

la forme des granulats (roulés ou concassés) et également de module de finesse du sable.

Les valeurs de K, fonction de la forme des granulats, du mode de vibration et du dosage en

ciment sont données sur le tableau 27 ci-après :

Tableau 27: Valeurs de K

Vibration Faible Normale Puissante

Forme des granulats (du sable

en particulier) Roulé Concassé Roulé Concassé Roulé Concassé

Dosage en Ciment

400 + Fluide

- 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

200 + 8 + 10 + 6 + 8 + 4 + 6

85

La droite de Dreux a pour origine le point O qui est l’origine du graphe et pour extrémité le

point Dmax caractéristique des plus gros granulats.

Dans notre cas, on impose :

- Le dosage en ciment C = 350 kg

- La consistance : béton plastique, Aff = 8 cm (Affaissement)

L’Abaque de la figure 24 ci-dessus donne pour C = 350 kg/m3et Aff = 8 cm, on lira C/E

Donc C/E connu à partir de l’Abaque, comme C = 350 kg/m3, on peut déduire E [en kg]

On suppose que les bétons soient suffisamment plastiques, donc, on peut les considérer

comme pleins (tous les vides sont remplis de l’eau)

Pour 1 m3 de béton (1000 ℓ), on a en volume absolu : 1000 = c + g1 + g2 + s + e

Ce qui donne : g1 + g2 + s = 1000 – c – e

Comme C = 350/3,1 = 112,90 ℓ et e = E [en ℓ]

Avec volume total des granulats V = g1 + g2 + s

S = V [%.s] g1 = V [%. g1] g2 = V [%. g2]

Composition en masse pour 1m3

S = s. δs

G1 = g1. δg1

G2 = g2. δg2

C = 350 [en kg]

E = [en kg]

Δth = ∑ (S, G1, G2, C, E) = densité théorique du béton

Après, il faut calculer la composition pour 6 éprouvettes en masse, ensuite, on le calcule en

volume apparente.

Composition pour chaque formulation

a. Pour les gravillons concassés « C » 5/15 et 15/25 avec de sable de carrière, cette

formule est désignée par F1.

Pour pouvoir mesurer les résistances à la compression axiale : 7, 14 et 28 jours d’âge ; c'est-à-

dire pour une gâchée, il faut 06 éprouvettes cylindriques 16×32 cm.

86

Tous les 24 h, on procède au démoulage et ensuite, il faut conserver les échantillons dans des

bacs à une température ambiante de 20 °C.

La courbe granulaire de référence OAB doit être tracée sur la même graphique que les courbes

granulométriques des granulats composants pour chaque formulation d’après la méthode

Dreux.

Il est bien de rappeler que les tableaux du mélange et optimale des granulats sont présentées

en annexe C, pour chaque formulation.

Dosage = 350 kg/m3

Nombre et dimension des éprouvettes : 06 éprouvettes cylindriques de dimension : 15 X 32 cm

A = 8 cm (béton plastique)

La figure 25 ci-dessous représente les tracées de la courbe de référence et des courbes

granulométriques de granulats concassés de la F1selon la méthode Dreux.

Pour C = 350 kg/m3 et Aff = 8 cm, on obtient C/E = 1,7, E = C/1,7 = 350/1,7 = 205,88 ℓ

Figure 25 : Détermination des proportions des granulats pour F1 par Dreux

D’après la méthode Dreux, le résultat de la composition selon la figure 25ci-dessus, est la

suivante:

Sable = 28 %, g5/15 = 38,5 %, G15/25 = 33,5 %

Le tableau 28 représente la détermination de la composition en masse et en volume de la F1

87

Tableau 28 : Détermination de la composition de F1 en masse et en volume pour 1 m3 de béton

Composants %

Vabs

1000-(Eau+ciment)

(%)

Volume absolue

[ℓ]

Masses volumiques

absolues

Composition en masses

[kg]

Masses volumiques apparentes

Composition en volume

apparente [ℓ]

(1) (2) (3)/ 100 4=(2)X (3) (5) (6) = (4) X (5) (7) (8) = (6)/(7)

Ciment 112,90 3,10 350 1,00 350

Eau 205,88 1,00 205,88 1,00 205,88

Sable de carrière 28 681,22 190,74 2,26 431,07 1,37 314,65

Gravillons 5/15 38,50 681,22 262,27 2,37 621,58 1,40 443,98

Gravillons 15/25 33,50 681,22 228,21 2,40 547,70 1,51 362,72

Totaux 100 1000 2156,23 1677,23

Calcul de la proportion de chaque composant pour une gâchée :

Les quantités des composants nécessaires pour fabriquer 6 éprouvettes de la F1, avec une

pondération de 1,1 sont les suivantes :

Vcy= 6,44 ℓ, pour 06 cylindres, on obtient : 6,44 X 6 = 38,64 X 1,1 = 42,504 = 43 ℓ

Ciment = 350X 0,043 = 15 kg

Eau = 205, 88 X 0,043 = 6, 64 kg

Sable = 431,07 X 0,043 = 18,54 kg

g5/15= 621, 58 X 0,043 = 26, 73 kg

G15/25= 547, 70 X 0,043 = 23, 55 kg

Le tableau 29 représente la composition en masse et en volume pour 6 éprouvettes de la F1

Tableau 29 : Détermination de la composition pour 6 éprouvettes de la F1

Composants Ciment Eau Sable Gravillons

5/15 Gravillons

15/25

En masse [kg] 15 6,64 18,54 26,73 23,55

En volume [ℓ] 15 6,64 14,60 20,60 16,83

Correction de la composition en eau :

La quantité d’eau effectivement utilisée pour obtenir la consistance désirée Aff = 8 cm, est

obtenu expérimentalement.

A même dosage en ciment [C] :

- Si le diamètre des granulats di diminue, la quantité d’eau augmente ;

- Si le diamètre des granulats di augmente, la quantité d’eau diminue ;

- La quantité d’eau varie en fonction de la teneur en eau des granulats.

88

En résumé, C/E est différent pour les bétons, même si on garde le même dosage en ciment et la

même classe des granulats.

Dans notre cas, on a gardé la quantité d’eau constante sur les quatre formules (F1, F2, F3, et

F4).

La figure 26 donne les courbes granulométriques du mélange et optimale des granulats de la

F1.

Figure 26: Courbes granulométriques du mélange et optimale des granulats concassés « C » 5/15 et 15/25 de la F1

b. Pour les gravillons de fabrication artisanale avec sable de rivière dont les composants

sont : gravillons « A » 5/15 et 15/25 avec de sable de rivière, cette formule est

désignée par F2.

Dosage: 350 kg/m3

A = 8 cm


granulométriques de granulats concassés de la F2 à partir de la méthode Dreux.

Pour C = 350 kg/m3 et Aff = 8 cm,

On obtient C/E = 1,7, E = C/1,7 = 350/1,7 = 205,88 ℓ

89


D’après la méthode Dreux, le résultat de la composition selon la figure 27 ci-dessus, est la

suivante :

Sable = 36 %, g5/15 = 50 %, G15/25 = 14 %



Composants %

Vabs

1000-(Eau+ciment)

(%)

Volume absolue [ℓ]

Masses volumiques

absolues


[kg]


Composition en volume apparente

[ℓ]

(1) (2) (3)/ 100 4=(2) X (3) (5) (6) = (4) X (5) (7) (8) = (6)/(7)

Ciment 112,90 3,10 350 1,00 350

Eau 205,88 1,00 205,88 1,00 205,88

Sable de rivière 36 681,22 245,24 2,61 640,08 1,30 492,37

Gravillons 5/15 50 681,22 340,61 2,53 861,74 1,44 598,43

Gravillons 15/25

14 681,22 95,37 2,46 234,61 1,39 168,78

Totaux 100 1000 2292,31 1815,46




90

Vcy = 6,44 ℓ, pour 06 cylindres, on obtient : 6,44 X 6 = 38,64 X 1,1 = 42,504 = 43 ℓ

Ciment = 350X 0,043 = 15 kg

Eau = 205, 88 X 0,043 = 6, 64 kg

Sable = 640,08X 0,043 = 27, 52 kg

G5/15 = 861, 74 X 0,043 =37 kg

G15/25= 234, 61 X 0,043 = 10 kg




5/15 Gravillons

15/25

En masse [kg] 15 6,64 27,52 37 10

En volume [ℓ] 15 6,64 22,85 27,77 7,83

La figure 28 représente les courbes granulométriques du mélange et optimale des granulats de

la F2.

Figure 28 : Courbes granulométriques du mélange et optimale des granulats artisanaux « A » 5/15 et 15/25 de la F2

c. Pour les gravillons de fabrication artisanale dont les composants sont : gravillons

« A »3/8,5/15 et15/25avec de sable de rivière, cette formule est désignée F3.

Dosage: 350 kg/m3

A = 8 cm

91


granulométriques de granulats concassés de la F3 à partir de la méthode Dreux.

Pour C = 350 kg/m3 et Aff = 8 cm, on obtient C/E = 1,7, E = C/1,7 = 350/1,7 = 205,88 ℓ



suivante:

Sable = 31 %, g3/8 = 31 %, G5/15 = 25 %, G15/25 = 13 %

Le tableau 32 représentela détermination de la composition en masse et en volume de la F3

Tableau 32 : Détermination de la composition de F3 en masse et en volume pour 1m3 de béton

Composants %

Vabs

1000-(Eau+ciment)

(%)


Masses volumiques

absolues


[kg]



[ℓ]

(1) (2) (3)/ 100 4=(2) X (3) (5) (6) = (4) X (5) (7) (8) = (6)/(7)

Ciment 112,90 3,10 350 1,00 350

Eau 205,88 1,00 205,88 1,00 205,88

Sable de rivière 31 681,22 211,18 2,61 551,18 1,30 423,98

Gravillons 3/8 31 681,22 211,18 2,39 504,72 1,26 400,57

Gravillons 5/15 25 681,22 170,31 2,53 430,88 1,44 299,22

Gravillons 15/25

13 681,22 88,56 2,46 217,86 1,39 156,73

Totaux 100 1000 2260,52 1836,38

92





Ciment = 350X 0,043 = 15 kg

Eau = 205, 88 X 0,043 = 6, 64 kg

Sable = 551, 18 X 0,043 = 23, 70 kg

g3/8= 504, 72 X 0,043 = 21, 70 kg

G5/15 = 430, 88 × 0,043 = 18,53 kg

G15/25= 217, 86 X 0,043 = 9, 37kg




3/8 Gravillons

5/15 Gravillons

15/25

En masse [kg] 15 6,64 23,70 21,70 18,53 9,37

En volume [ℓ] 15 6,64 19,67 18,59 13,88 7,27


la F3.

Figure 30 : Courbes granulométriques du mélange et optimale des granulats artisanaux « A » 3/8, 5/15

et 15/25 de la F3.

93

d. Pour les gravillons de fabrication artisanale dont les composants sont: gravillons « A »

3/8 et5/15 avec de sable de rivière mais sans gravillons 15/25, cette formule est

désignée F4

Dosage: 350 kg/m3


granulométriques de granulats artisanaux de la F4 à partir de la méthode Dreux.



suivante:

Sable = 30 %, g3/8 = 17 % et g5/15 = 53 %



Composants %

Vabs

1000-(Eau+ciment)

(%)


Masses volumiques

absolues


[kg]



[ℓ]

(1) (2) (3)/ 100 4=(2) X (3) (5) (6) = (4) X (5) (7) (8) = (6)/(7)

Ciment 112,90 3,10 350 1,00 350

Eau 205,88 1,00 205,88 1,00 205,88

Sable de rivière 30 681,22 204,37 2,61 533,41 1,30 410,32

Gravillons 3/8 17 681,22 115,81 2,39 276,79 1,26 219,67

Gravillons 5/15 53 681,22 361,05 2,53 913,46 1,44 634,35

Totaux 100 1000 2279,54 1820,22

94





Ciment = 350X 0,043 = 15 kg

Eau = 205, 88 X 0,043 = 6, 64 kg

Sable = 533, 41 X 0,043 = 22,94 kg

G 3/8 = 276,79 X 0,043 =11, 90 kg

G5/15 = 913,46 × 0,043 = 39, 28 kg



Composants Ciment Eau Sable Gravillons 3/8 Gravillons5/15

En masse [kg] 15 6,64 22,94 11,90 39,28

En volume [ℓ] 15 6,64 19,04 10,19 29,43


la F4.

Figure 32 : Courbes granulométriques du mélange et optimale des granulats artisanaux « A » 3/8 et 5/15 de la F4

95

Etude comparative des compositions

Le tableau comparatif des compositions pour 1m3 de béton en masses et en volume est donné

ci-après.

Tableau 36 : Récapitulatif des compositions en masse et en volume pour 1 m3 de béton

Composants

F1 F2 F3 F4

Composition

en masses

Composition

en volume

Composition

en masses

Composition

en volume

Composition

en masses

Composition

en volume

Composition

en masses

Composition

en volume

Ciment 350 350 350 350 350 350 350 350

Eau 205,88 205,88 205,88 205,88 205,88 205,88 205,88 205,88

Sable de

rivière 640,08 492,37 551,18 423,98 533,41 410,32

Sable de

carrière 431,07 314,65

Gravillons

art 3/8 504,72 400,57 276,79 219,67

Gravillons

art 5/15 861,74 598,43 430,88 299,22 913,46 634,35

Gravillons

art 15/25 234,61 168,78 217,86 156,73

Gravillons

conc 5/15 621,58 443,98

Gravillons

conc 15/25 547,70 362,72

Densité

théorique 2156,23 1677,23 2292,31 1815,46 2260,52 1836,38 2279,54 1820,22

- Interprétation et conclusion

Dans notre cas, on n’a pas corrigé la composition en eau parce qu’il a été supposé que les

diamètres di des granulats sont constants et uniformes, et aussi, la teneur en eau des granulats

utilisés est constante. C’est la raison pour laquelle, la quantité d’eau est constante sur les

quatre formules (F1, F2, F3, et F4) et d’ailleurs, le ciment est fixé dès le début à 350 kg/m3.

En général, il a été constaté sur les formules (F1, F2 et F3) que les quantités des gravillons

augmentent lorsque leurs classes granulométriques diminuent, mais, par contre, pour la

formule F4, on a remarqué l’inverse.

A dosage en ciment = 350 kg/m3 constant, pour les quatre formules, il a été remarqué pour les

sables que la quantité du sable de carrière de la F1 est inférieure à celle du sable de rivière,

respectivement pour les formules (F2, F3 et F4).

En conclusion, on peut dire, d’après la formulation par la méthode Dreux, et au vu des résultats

des différentes compositions sur le tableau 36, que la quantité des gravillons 5/15 est

96

relativement supérieure à celle des autres classes des gravillons 3/8 et 15/25, dans l’ensemble

de toutes les formules (F1, F2, F3, et F4).

Formulation des bétons autoplaçants

Contrairement à la formulation du béton ordinaire témoin (priorité donnée à la résistance du

béton à l’état durci), on a suivi une formulation classique ; tout d’abord, il faut respecter les

conditions nécessaires permettant de garantir l’autoplaçabilité (priorité donnée au

comportement du béton à l’état frais), tout en se basant sur des compositions proposées dans

la littérature spécialisée [41].

Lors de la présentation des principales caractéristiques des BAP, on a mis en évidence

l’influence des différents constituants et établi certains critères permettant d’obtenir les

propriétés visées. Les gammes de valeurs généralement employées dans 1 m3 de béton sont

issues des recommandations provisoires de l’AFGC et présentées ci-dessous [17] :

- Un rapport G/S = 1 ;

- Un rapport E/C relativement faible ;

- Un dosage en ciment plutôt élevé, fixé à 350 kg/m3 ;

- Un diamètre maximal réduit ;

- Une quantité de pâte élevée (de l’ordre de 40 % du volume total) ;

- Un pourcentage déterminé en ajouts (superplastifiant, filler calcaire, ou encore les

deux) ;

- Air occlus : 5% ;

- Dans le cas d’utilisation de plusieurs types de gravillons, il faut partager en part égale le

volume total des gravillons.

Les auteurs [57] [58+ s’accordent sur le fait qu’il n’existe pas de méthode de formulation unique

car les matériaux employés et leurs qualités diffèrent selon les régions ou les pays.

Pour pouvoir comparer les performances des différents bétons indépendamment de l’action du

ciment, on a fixé le dosage à 350 kg/m3 pour tous les bétons testés.

Formulation du BAP pour chaque type de composant

Gravillons de fabrication artisanale : 5/15 et 15/25 avec du sable de rivière et du

superplastifiant + ciment - BAP1.

Type de béton : BAP (BAP1/1 à BAP1/6)

Nombre et dimension des éprouvettes : 06 éprouvettes cylindriques de dimension : 16 X 32

Date de malaxage : 26/07/12

97

Selon la méthode Dreux, à partir de la courbe de référence et des courbes granulométriques

des constituants, la composition est la suivante :

Ciment = 13, 59 %, Sable = 29, 38 %, g5/15= 38, 78 %, G15/25 = 18, 25 %

1- Notes de calcul pour le BAP1

C = 13, 59 X 8, 3 = 112, 82 X 3, 1 = 350/1 = 350 ℓ

S = 29, 38 X 8, 3 =243, 85 X 1, 89 = 460,88/ 1, 09 = 422,83 ℓ

G5/15 = 38, 78 X 8, 3 = 321, 87 X 2, 53 = 814, 34 / 1, 44 = 565,515 ℓ

G15/25 =18,25 X 8,3 = 151,475 X 2,46 = 372,63 / 1,39 = 268,08 ℓ

Donc les résultats de calcul de la composition en volume pour le BAP1 sont les suivants :

Ciment = 350 ℓ, Sable = 422,83 ℓ, G5/15 = 565,515 ℓ, G15/25 = 268,08 ℓ

A titre de remarque, dans cette première étape d’élaboration du BAP en vue du premier essai,

on a essayé de faire la formulation par la méthode Dreux. Il a été constaté qu’il manque en

proportion des éléments fins (29,38% de sable) contre de gros grains (38,78% +18,25%) de

gravillons. Alors que le cahier de charges du BAP exige une fluidité et une stabilité, c'est-à-dire,

beaucoup plus des éléments fins à mélanger avec des gravillons (faible proportion), du ciment,

d’ajouts et de l’eau afin de garantir « l’autoplaçabilité » dudit béton.

En première expérience cette formulation n’est pas adaptée au BAP et c’est la raison pour

laquelle, on a choisi la formulation classique adaptée au BAP pour le reste de la formulation

conçue dans le cadre de cette recherche.

Gravillons de fabrication artisanale : 3/8 et 5/15 avec du sable de rivière +

ciment + eau, mais, sans superplastifiant - BAP2



Parce qu’il s’agit du béton autoplaçant (BAP), la formulation choisie est la suivante :

Ici, la composition étudiée sera pour 1m3 de béton

Étant donné que :

(1) G / S = 1, il est rappelé que cette équation est un rapport massique, ceci permet

d’assurer une meilleure stabilité et une quantité suffisante de mortier.

- C = 350 kg/m3 → c = 350/3,1 = 112,9 ℓ

- Le volume d’air occlus (A) est de l’ordre de 5%, A = 50 ℓ/m3 → a = 50 ℓ

- E = 200 kg (fixé) →e = 200 ℓ

98

→G = δgg, on a: g = G/δg

→S = δs s, on a: s = S/δs

Dans 1m3 de béton, on a les constituants suivants en volume : g + s + c + e + a = 1000 ℓ (2)

Donc, le volume total des grains solides de granulat est égal (2)

(2) g + s = 1000 - c – e–a = 1000 – 112,9 – 200 – 50 = 637,1 ℓ

(1) G / S = 1 → G = S

Si: G = δgg →δg = G/g →g = G/δg avec: δg = (2,53+ 2,39)/2 = 2, 46 kg/ℓ

S = δs s →δs = G/s →s = S/δs = 2, 61 kg/ℓ

δg : densité absolue des gravillons

δs : densité absolue du sable

A partir de (2) g + s = G/δg + S/δs = G (1/δg + 1/δs) = 637,1 ℓ

Puisque G = S

On peut tirer G = S = 637,1/ (1/2,46 +1/2,61) = 806,82 kg

Il faut noter que pour les deux fractions de gravillons G, on a choisi d’utiliser 50% pour les

gravillons 3/8 et 50% pour les gravillons 5/15.

G3/8 = 403,41 kg

G5/15 = 403,41 kg

S = 806,82 kg → s = 309,12 ℓ

Par conséquent, la composition obtenue est résumée par le tableau 37 ci-après.

Tableau 37 : Détermination de la composition en masse et en volume pour BAP2.

Désignations

Composition en masses [kg]

Masses volumiques

absolues

Volume

absolue [ℓ]



apparente (ℓ)

(1) (2) (3) = (1)/(2) (4) (5) = (1)/(3)

Ciment 350 3,10 112,9 1,00 350

Eau 200 1,00 200 1,00 200

Sable de rivière 806,82 2,61 309,12 1,30 620,63

Gravillons 3/8 403,41 2,39 168,79 1,26 320,17

Gravillons 5/15 403,41 2,53 159,45 1,44 280,15

A (air occlus)

50 50

Total 2164 = densité

théorique 1000 1820,95

99


Les quantités des composants nécessaires pour fabriquer 6 éprouvettes, avec une pondération

de 1,2 sont les suivantes :

Vcy = 6,44 ℓ, pour 06 cylindres, on obtient : 6,44 X 6 = 38,64 X 1,2 = 46,368 = 46,4 ℓ

Ciment = 350X 0, 0464 = 16,24kg

Eau = 200 X 0, 0464 = 9,28kg

Sable = 806,82X 0, 0464 = 37,44 kg

G 3/8 = 403, 41 X 0, 0464 = 18,72kg

G 5/15 = 403, 41× 0, 0464= 18,72 kg

Le tableau 38 représente la composition en masse et en volume pour 6 éprouvettes du BAP2

Tableau 38 : Détermination de la composition pour 6 éprouvettes pour BAP2


3/8 Gravillons

5/15

En masse [kg] 16,24 9,28 37,44 18,72 18,72

En volume [ℓ] 16,24 9,28 28,79 14,86 13

Au début, Eau = 200 × 0,0464 = 9,28ℓ, mais après contrôle de la rhéologie du BAP à l’état frais

par des essais : d’étalement au cône d’Abrams, de la boite en L et de la stabilité au tamis, il faut

un peu plus d’eau pour que lesdits essais soient validés, c'est-à-dire, E = 10 ℓ soit pour 1 m3, on

obtient 10/0,0464 = 215,52 ℓ/m3

Le volume total des grains solides de granulat est égal :

g + s = G/δg + S/δs = G (1/δg + 1/δs) = 1000 – 50 – 112, 9 –215, 52 = 621, 58 ℓ/m3.

G = 621,58/(1/δg + 1/δs) = S = 621,58/(1/2,46 +1/2,61) = 621,58/0,789 = 787,80 kg



S = 787,80 kg

G3/8 = 393,9 kg

G5/15 = 393,9 kg

La nouvelle composition obtenue est résumée dans le tableau 39 ci-après.

100

Tableau 39 : Détermination de la nouvelle composition en masses et en volume pour BAP2

Désignations

Composition en masses [kg]

Masses volumiques

absolues

Volume

absolue [ℓ]



apparente (ℓ)

(1) (2) (3) = (1)/(2) (4) (5) = (1)/(3)

Ciment 350 3,10 112,9 1,00 350

Eau 215,52 1,00 215,52 1,00 215,52

Sable de rivière 787,80 2,61 301,84 1,30 606

Gravillons 3/8 393,90 2,39 164,81 1,26 312,62

Gravillons 5/15 393,90 2,53 155,69 1,44 273,54

A (air occlus)

50 50

Total 2141= densité

théorique 1000,76 1807,68

Tableau 40 représente la composition en masse et en volume pour 6 éprouvettes du BAP2

Tableau 40: Détermination de la composition pour 6 éprouvettes pour BAP2


3/8 Gravillons

5/15

En masse [kg] 16,24 10 36,55 18,28 18,28

En volume [ℓ] 16,24 10 28,12 14,50 12,69

Gravillons de fabrication artisanale : 3/8 et 5/15 avec de sable de rivière +

ciment + eau + superplastifiant – BAP3




Même formulation que les essais du 31/07/2012, mais, on y ajoute du superplastifiant


g + s = G/δg + S/δs = G (1/δg + 1/δs) = 1000 – 50 – 112, 9 –200 = 637, 1 ℓ

G = S = 637,1/(1/δg+ 1/δs) = 637,1/ (1/2,46 +1/2,61) = 806,82 kg

S = 806,82 kg

G3/8 = 403, 41 kg

G5/15 = 403, 41 kg

Par conséquent, la composition obtenue est résumée par le tableau 41 ci-après

101


Désignations


[kg]

Masses volumiques

absolues

Volume

absolue [ℓ]



apparente (ℓ)

(1) (2) (3) = (1)/(2) (4) (5) = (1)/(4)

Ciment 350 3,10 112,9 1,00 350

Eau 200 1,00 200 1,00 200

Sable de rivière 806,82 2,61 309,12 1,30 620,63

Gravillons 3/8 403,41 2,39 168,79 1,26 320,17

Gravillons 5/15 403,41 2,53 159,45 1,44 280,15

A (air occlus)

50 50

Superplastifiant 1%C

3,5 1,06 3,30

Total 2167 1000 1824,25




3/8 Gravillons

5/15

En masse [kg] 16,24 9,28 37,44 18,72 18,72

En volume [ℓ] 16,24 9,28 28,80 14,86 13

Après addition de 1% C du superplastifiant, pendant les essais à l’état frais du BAP, il a été

constaté qu’il faut diminuer la quantité d’eau dans la gâchée de E = 10 ℓ à E = 9 ℓ soit pour 1m3,

on obtient 9 /0,0464 = 194ℓ/m3.


g + s = G/δg + S/δs = G (1/δg + 1/δs) = 1000 – 50 – 112,9 – 194 = 643,1 ℓ

G = 643,1/(1/δg + 1/δs) = S = 643,1/(1/2,46 +1/2,61) = 643,1/0,789 = 815 kg



S = 815 kg

G3/8 = 407,5 kg

G5/15 = 407,5 kg

La nouvelle composition obtenue est résumée dans le tableau43 ci-après.

102

Tableau 43 : Détermination de la nouvelle composition en masses et en volume pour BAP3.

Désignations


[kg]

Masses volumiques

absolues

Volume

absolue [ℓ]



apparente (ℓ)

(1) (2) (3) = (1)/(2) (4) (5) = (1)/(4)

Ciment 350 3,10 112,9 1,00 350

Eau 194 1,00 194 1,00 194

Sable de rivière 815 2,61 312,26 1,30 626,92

Gravillons 3/8 407,50 2,39 170,50 1,26 323,41

Gravillons 5/15 407,50 2,53 161,07 1,44 283

A (air occlus)

50 50


3,5 1,06 3,30

Total 2174 1000,73 1830,63




3/8 Gravillons

5/15

En masse [kg] 16,24 9,00 37,85 18,91 18,91

En volume [ℓ] 16,24 9,00 29,09 15,00 13,13

Gravillons de fabrication artisanale : 3/8, 5/15 et 15/25 avec du sable de rivière +

ciment + eau + superplastifiant 1% C – BAP4.




g + s = G/δg + S/δs = G (1/δg + 1/δs) = 1000 – 50 – 112, 9 –200 = 637, 1 ℓ

G = S = 637,1/(1/δg + 1/δs) = 637,1/ (1/2,46 +1/2,61) = 806,82 kg


gravillons 3/8 et 60% pour les gravillons 5/15 et 30% pour gravillons 15/25.

S = 806,82 kg

G3/8 = 242 kg

G5/15 = 322, 73 kg

G15/25 = 242 kg

103



Désignations


[kg]

Masses volumiques

absolues

Volume

absolue [ℓ]



apparente (ℓ)

(1) (2) (3) = (1)/(2) (4) (5) = (1)/(4)

Ciment 350 3,10 112,9 1,00 350

Eau 200 1,00 200 1,00 200

Sable de rivière 806,82 2,61 309,12 1,30 620,63

Gravillons 3/8 242 2,39 101,26 1,26 192,06

Gravillons 5/15 322,73 2,53 127,56 1,44 224,12

Gravillons 15/25 242 2,46 98,37 1,39 174,10

A (air occlus)

50 50


3,5 1,06 3,30

Total 2167 1000 1814,21




3/8 Gravillons

5/15 Gravillons

15/25

En masse [kg] 16,24 9,28 37,44 11,23 14,97 11,23

En volume [ℓ] 16,24 9,28 28,77 8,91 10,40 8,08

Gravillons concassés : 5/15 et 15/25 avec de sable de carrière 0/5 + ciment +

superplastifiant 1%C – BAP5.




g + s = G/δg + S/δs = G (1/δg + 1/δs) = 1000 – 50 – 112, 9 –200 = 637, 1 ℓ

G = S = 637,1/(1/δg + 1/δs) = 637,1/ (1/2,39+1/2,26) = 637,1/0,86 kg = 740,81 kg

Il faut noter que pour les deux fractions de gravillons G, on a choisi d’utiliser 50% pour les pour

les gravillons 5/15 et 50% pour gravillons 15/25.

104

S = 740, 81 kg

G5/15 = 370, 40kg

G15/25 = 370, 40 kg



Désignations


[kg]

Masses volumiques

absolues

Volume

absolue [ℓ]



apparente (ℓ)

(1) (2) (3) = (1)/(2) (4) (5) = (1)/(4)

Ciment 350 3,10 112,9 1,00 350

Eau 200 1,00 200 1,00 200

Sable de carrière 740,81 2,26 327,79 1,37 540,74

Gravillons 5/15 370,40 2,37 156,29 1,40 264,57

Gravillons 15/25 370,40 2,40 154,33 1,51 245,30

A (air occlus)

50 50

Superplastifiant 1%C 3,5 1,06 3,30

Total 2035 1001 1643,91




5/15 Gravillons

15/25

En masse [kg] 16,24 9,28 34,37 17,19 17,19

En volume [ℓ] 16,24 9,28 25,09 18,28 11,38

Gravillons de fabrication artisanale : 3/8 et 5/15 avec du sable de rivière + ciment +

superplastifiant 1%C + filler calcaire 2,5 %C – BAP6.




g + s = G/δg + S/δs = G (1/δg + 1/δs) = 1000 – 50 – 112, 9 –200 = 637, 1 ℓ

G = S = 637,1/(1/δg + 1/δs) = 637,1/ (1/2,46 +1/2,61) = 806,82 kg

S = 806,82 kg

G3/8 = 403, 41 kg

105

G5/15 = 403, 41 kg



Désignations


[kg]

Masses volumiques

absolues

Volume

absolue [ℓ]



apparente (ℓ)

(1) (2) (3) = (1)/(2) (4) (5) = (1)/(4)

Ciment 350 3,10 112,9 1,00 350

Eau 200 1,00 200 1,00 200

Sable de rivière 806,82 2,61 309,12 1,30 620,63

Gravillons 3/8 403,41 2,39 168,79 1,26 320,17

Gravillons 5/15 403,41 2,53 159,45 1,44 280,15

A (air occlus)

50 50


Filler calcaire 2,5%C 8,75 2,47 3,54 1,372 6,38

Total 2167 1830,63




En masse [kg] 16,24 9,28 37,44 18,72 18,72

En volume [ℓ] 16,24 9,28 28,80 14,86 13

Gravillons de fabrication artisanale : 3/8, 5/15 et 15/25 avec de sable de rivière +

superplastifiant 1%C + Filler calcaire 2,5%C + ciment – BAP7




g + s = G/δg + S/δs = G (1/δg + 1/δs) = 1000 – 50 – 112, 9 –200 = 637, 1 ℓ

G = S = 637,1/(1/δg + 1/δs) = 637,1/ (1/2,46 +1/2,61) = 806,82 kg


gravillons 3/8 et 60% pour les gravillons 5/15 et 30% pour gravillons 15/25.

S = 806,82 kg

G3/8 = 242 kg

106

G5/15 = 322,73 kg

G15/25 = 242 kg



Désignations


[kg]

Masses volumiques

absolues

Volume

absolue [ℓ]



apparente (ℓ)

(1) (2) (3) = (1)/(2) (4) (5) = (1)/(4)

Ciment 350 3,10 112,9 1,00 350

Eau 200 1,00 200 1,00 200

Sable de rivière 806,82 2,61 309,12 1,30 620,63

Gravillons 3/8 242 2,39 101,26 1,26 192,06

Gravillons 5/15 322,73 2,53 127,56 1,44 224,12

Gravillons 15/25 242 2,46 98,37 1,39 174,10

A (air occlus)

50 50



Total 2176 1436,47

Le tableau 52représente la composition en masse et en volume pour 6 éprouvettes du BAP7



3/8 Gravillons

5/15 Gravillons

15/25

En masse [kg] 16,24 9,28 37,44 11,23 14,97 11,23

En volume [ℓ] 5,24 9,28 28,80 8,9 10,40 8,08

Gravillons concassés : 5/15 et 15/25 avec de sable de carrière + superplastifiant

1%C + Filler calcaire 2,5%C + ciment – BAP8.




g + s = G/δg + S/δs = G (1/δg + 1/δs) = 1000 – 50 – 112, 9 –200 = 637, 1 ℓ

G = S = 637,1/(1/δg + 1/δs) = 637,1/ (1/2,39+1/2,26) = 637,1/0,86 kg = 740,81 kg



107

S = 740, 81 kg

G5/15 = 370, 40kg

G15/25 = 370, 40 kg



Désignations


[kg]

Masses volumiques

absolues

Volume

absolue [ℓ]



apparente (ℓ)

(1) (2) (3) = (1)/(2) (4) (5) = (1)/(4)

Ciment 350 3,10 112,9 1,00 350

Eau 200 1,00 200 1,00 200

Sable de carrière 740,81 2,26 327,79 1,37 540,74

Gravillons 5/15 370,40 2,37 156,29 1,40 264,57

Gravillons 15/25 370,40 2,40 154,33 1,51 245,30

A (air occlus)

50 50


3,5 1,06 3,30


Total 2044 1660,29




5/15 Gravillons

15/25

En masse [kg] 16,24 9,28 34,37 17,19 17,19

En volume [ℓ] 16,24 9,28 25,09 12,28 11,38

Gravillons de fabrication artisanale : 3/8 et 5/15 avec de sable de rivière +

ciment +superplastifiant 2 %C + filler calcaire 2,5 %C – BAP9



Remarque : Pour formuler un BAP avec un ajout minéral, on utilise la même formulation que

pour un BAP sans ajout minéral (filler calcaire). La présence de cet ajout est prise en compte

dans le calcul des constituants, vue l’importance de la quantité de l’ajout dans le mélange.

108

On a alors les formulations suivantes avec dosages en filler calcaire de 2,5% C, et augmentation

du dosage en superplastifiant de 2%C.


g + s = G/δg + S/δs = G (1/δg + 1/δs) = 1000 – 50 – 112, 9 –200 –6, 6 - 3, 54 =626, 96ℓ

G = S = 626, 96 /(1/δg + 1/δs) = 626, 96 / (1/2,46 +1/2,61) = 794, 63kg



S =794, 63 kg

G3/8 = 397, 32 kg

G5/15 = 397, 32 kg


Tableau 55 : Détermination de la composition en masse et en volume.

Désignations


[kg]

Masses volumiques

absolues

Volume

absolue [ℓ]



apparente (ℓ)

(1) (2) (3) = (1)/(2) (4) (5) = (1)/(4)

Ciment 350 3,10 112,9 1,00 350

Eau 200 1,00 200 1,00 200

Sable de rivière 794,63 2,61 304,46 1,30 611,25

Gravillons 3/8 397,32 2,39 166,24 1,26 315,33

Gravillons 5/15 397,32 2,53 157,04 1,44 275,92

A (air occlus)

50 50

Superplastifiant2%C 7,00 1,06 6,60 1,06 6,6 0


Total 2155 1000 1815,48




En masse [kg] 16,24 9,28 36,87 18,44 18,44

En volume [ℓ] 5,24 9,28 28,36 14,63 12,80

109

Après augmentation du superplastifiant de 1%C à 2%C, pendant les essais à l’état frais du BAP,

il a été constaté qu’il faut diminuer la quantité d’eau dans la gâchée de E = 9,28 ℓ à E = 8,5 ℓ soit

pour 1m3, on obtient 8,5 /0,0464 = 183 ℓ/m3.


g + s = G/δg + S/δs = G (1/δg + 1/δs) = 1000 – 50 – 112, 9 –183 -6, 6 – 3, 54 = 643, 96ℓ

G = 643,96/(1/δg + 1/δs) = S = 643,96/(1/2,46 +1/2,61) = 643,96/0,789 = 816,17kg



S = 816,17 kg

G3/8 = 408 kg

G5/15 = 408 kg

La nouvelle composition obtenue est résumée dans le tableau 57 ci-après.

Tableau 57 : Détermination de la nouvelle composition en masses et en volume pour BAP9

Désignations


[kg]

Masses volumiques

absolues

Volume

absolue [ℓ]



apparente (ℓ)

(1) (2) (3) = (1)/(2) (4) (5) = (1)/(4)

Ciment 350 3,10 112,9 1,00 350

Eau 183 1,00 183 1,00 183

Sable de rivière 816,17 2,61 312,71 1,30 627,82

Gravillons 3/8 408 2,39 170,71 1,26 323,81

Gravillons 5/15 408 2,53 161,26 1,44 283,33

A (air occlus)

50 50

Superplastifiant 2%C 7,00 1,06 6,60 1,06 6,6 0


Total 2181 1000,72 1830,94




3/8 Gravillons

5/15

En masse [kg] 16,24 8,5 37,87 18,93 18,93

En volume [ℓ] 16,24 8,5 29,13 15,02 13,15

110

La description synthétique des normes relatives au béton, au mortier et aux granulats est

mentionnée en annexe F.

Etude comparative des différentes compositions

Une étude comparative des compositions en masses est donnée par le tableau 59 ci-après.

Tableau 59 : Récapitulatif de la composition en masse pour 1 m3 de BAP

Composants

BAP2 BAP3 BAP4 BAP5 BAP6 BAP7 BAP8 BAP9


[kg]


[kg]


[kg]


[kg]


[kg]


[kg]


[kg]


[kg]

Ciment 350 350 350 350 350 350 350 350

Eau 215,52 194 200 200 200 200 200 183

Sable de rivière

806,82 806,82 806,82 806,82 806,82 794,63

Sable de carrière

740,81 740,81

Gravillons art 3/8

403,41 403,41 242 403,41 242 397,32

Gravillons art 5/15

403,41 403,41 322,73 403,41 322,73 397,32

Gravillons art 15/25

242 242

Gravillons con 5/15

370,40 370,40

Gravillons con 15/25

370,40 370,40

A (air occlus)


3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 7,00


Filler calcaire 2,5%C

8,75 8,75 8,75 8,75

Densité théorique

2141 2174 2167 2035 2167 2176 2044 2181

- Interprétation et conclusion :

On n’a pas mentionné le BAP1 sur le tableau 59 ci-dessus parce que sa formulation d’après la

méthode Dreux n’est pas adaptée pour les BAP.

Il est remarqué que le BAP2 demande un peu plus d’eau E = 215,52ℓ par rapport aux autres BAP

du fait que dans sa formulation, on n’a pas tenu compte du superplastifiant.

Par contre, pour le BAP9, il y a une diminution de la quantité d’eau parce qu’on a augmenté le

dosage en superplastifiant de 1%C à 2%C.

111

Dans la pratique, l’ajout du filler calcaire dans la composition n’a pas d’influence sur la variation

de la quantité d’eau, mais, par contre, il assure la stabilité du béton à l’état frais.

Parmi les différentes compositions des BAP, il est remarqué que les quantités de gravillons et

du sable pour les BAP5 et BAP8 sont inférieures à celles autres BAP ; Il est bien de signaler que

les BAP5 et BAP8 sont composés avec des granulats de concassage et les autres BAP avec des

granulats artisanaux.

En conclusion, pour une composition de 1 m3 de béton, la formulation des BAP avec des

granulats artisanaux demande un peu plus des granulats par rapport à la formulation des BAP

avec des granulats concassés.

Confection et conservation des éprouvettes

Préparation de la gâchée

Béton ordinaire

La préparation du béton ordinaire pour réaliser des essais à l’état frais et à l’état durci doit

suivre une certaine méthodologie.

Avant tout, il faut déterminer les proportions de chaque constituant avant de passer aux essais

à travers le mode opératoire suivant :

- Vérifier en premier le nombre et l’état des moules cylindriques ou prismatiques

nécessaire pour les essais. Ces derniers doivent être graissés à l’aide d’une huile pour

faciliter le décoffrage.

- Réunir tous les matériels nécessaires pour effectuer les essais.

- Vérifier que les matériaux ne sont pas humides, si non les sécher préalablement dans

l’étuve.

- Peser les matériaux secs (gravillons, sable, ciment), les introduire sur le lieu de malaxage

et prépare la quantité d’eau nécessaire pour la gâchée

- Effectuer immédiatement les essais de caractérisation à l’état frais après arrêt du

malaxage, les essais sont réalisés au moins deux fois pour valider les valeurs obtenues.

Béton autoplaçant

La préparation du béton autoplaçant demande plus d’attention et de précision que la

préparation d’un béton ordinaire. Pour parvenir à effectuer plusieurs essais sur le béton frais, il

faut suivre une certaine méthodologie.

Après avoir déterminé les proportions de chaque constituant, il faut suivre le mode opératoire

suivant :

112

- Vérifier en premier le nombre et l’état des moules cylindriques ou prismatiques

nécessaires pour les essais. Ces derniers doivent être graissés à l’aide d’une huile pour

faciliter le décoffrage.

- Réunir tous les matériels nécessaires pour effectuer les essais.

- Vérifier que les matériaux ne sont pas humides, si non les sécher préalablement dans

l’étuve.

- Prépare la quantité d’eau nécessaire pour la gâchée et le superplastifiant est ajouté à la

première moitié de l’eau de gâchage

- Peser les matériaux secs (gravillons, sable, ciment, fumées de silice) et les introduire sur

le lieu de malaxage.

- Au cours du malaxage, ajouter progressivement la première moitié de l’eau de gâchage

(celle qui contient l’adjuvant).

- Ajouter la deuxième moitié d’eau graduellement.

- Effectuer immédiatement les essais de caractérisation à l’état frais après arrêt du

malaxage, les essais sont réalisés au moins deux fois pour valider les valeurs obtenues.

- Remplir les éprouvettes en deux/trois couches sans vibration pour le béton autoplaçant.

On constate sur la photo 18 que les techniciens du LNTPB sont en train de malaxer le béton et

ils remplissent à la fois les moules cylindriques 16×32 cm avec du BAP.

Photo 18 : Malaxage et Remplissage du BAP dans des éprouvettes

Moulage et serrage

Béton ordinaire

- Remplir les éprouvettes en deux/trois couches et les piquer avec les outils adéquats ou

les vibrer à l’aide de la table vibrante ;

113

- Le serrage doit être suffisamment consistant pour parvenir à la résistance

caractéristique souhaitée ;

- Bien araser la partie supérieure du moule avant d’entreposer le moule rempli de béton.

Béton autoplaçant

- Remplir les éprouvettes en deux/trois couches sans vibration ;

- Une fois dans le moule le BAP se met en place sous l’effet de son poids ;

- Araser la partie supérieure de la moule afin d’avoir une surface lisse avant d’entreposer

le moule rempli de béton.

Conservation des éprouvettes

Après le gâchage pour un béton ordinaire ou pour un BAP, les moules sont conservés dans une

pièce à température ambiante, et démoulés après 24h.

Une fois démoulés, pour assurer un bon mûrissement du béton, les éprouvettes sont

conservées dans un bac d’eau à une température de 20°C comme indique la photo 19 ci-

dessous, et permet d’éviter les pertes d’eau ainsi que de garantir le déroulement normal du

processus d’hydratation du ciment.

Photo 19 : Conservation des éprouvettes à une température de 20 °C

Essais de caractérisation à l’état frais

Béton ordinaire

Les essais de caractérisation à l’état frais pour le béton ordinaire concernent :

114

- L’affaissement au cône qui consiste à faire des essais afin de pouvoir corriger la quantité

d’eau de gâchage pour obtenir la même consistance plastique (Aff = 8 cm) pour tous les

bétons ordinaires testés.

- Les essais sur les densités consistent à vérifier que la composition correspond bien à

1 m3

Si Δexp <Δth →V> 1m3

Δexp >Δth → V< 1m3

Dans ces cas, il faut corriger les dosages ; Normalement, Δexp # Δth pour un béton normal.

Béton autoplaçant

Introduction

Les essais effectués à l’état frais sur les BAP permettent de conclure sur leur nature

(autoplaçant ou non). Les détails de calcul et les tableaux y afférents sont donnés en annexe E.

Les caractéristiques et propriétés qui ont été appréhendées concernent la rhéologie :

- L’étalement au cône d’Abrams

- L’essai sur Boite en L

- La stabilité au tamis

Le cahier de charges de l’AFGC [17] préconise les valeurs sur le tableau 60 suivant pour que les

trois essais sur les BAP à l’état frais soient validés :

Tableau 60 : Normes requises pour les essais AFGC

Étalement de 60 cm à 75 cm

H2/H1 ≥ 0,8

Laitance 10 à 20 %

Les essais de caractérisation du BAP à l’état frais ont été réalisés avant le remplissage des

moules cylindriques 16×32 cm.

Il est bien de préciser que les essais pour béton à l’état frais à savoir : Essais d’étalement, essais

à la boîte en L et essais de stabilité au tamis ont été réalisés au laboratoire du génie civil de

l’IST-T.

Pour tous les essais, le dosage en ajout minéral est gardé constant à 2,5%C, mais par contre, on

a varié le dosage en adjuvant chimique entre 1%C à 2%C.

115

Essais au cône d’Abrams

Cet essai est habituellement effectué pour le béton vibré dans le but de déterminer sa

consistance par mesure de l’affaissement, c’est ce qui a été fait pour le béton témoin.

Pour les BAP cet essai permet de mesurer la mobilité du béton en milieu non confiné.

Il consiste à mesurer le diamètre d’une galette de béton comme indique les photos 20 et 21

après soulèvement du cône.

Les valeurs cibles de l’étalement sont typiquement dans une fourchette de 60 à 75 cm

Photo 20 : Etalement du BAP et Photo 21 : Mesure d’étalement

Essai de la boite en L

L’essai de la boite en L selon la photo 22 est effectué pour les bétons autoplaçants seulement. Il

permet d’évaluer le risque de blocage et la capacité de remplissage du béton en milieu confiné.

La partie verticale de la boite est remplie du BAP, après soulèvement de la trappe en acier, on

mesure le taux de remplissage qui est défini comme étant le rapport des hauteurs du BAP dans

la partie verticale. Pour un BAP, H2/H1 doit être supérieur à 0,8.

Photos 22: Essais de la boite en L

116

Essai de la stabilité au tamis

Lors de l’essai d’étalement une observation visuelle peut nous renseigner sur la stabilité du

béton (absence de ségrégation et de ressuage), mais l’essai le plus approprié pour évaluer la

stabilité est l’essai de stabilité au tamis comme indique la photo 23 ci-après.

On mesure le pourcentage en poids de laitance par rapport au poids de l’échantillon passant à

travers d’un tamis d’ouverture 5 mm. On considère qu’une valeur comprise entre 10 à 20 % de

laitance est caractéristique d’un béton stable.

Photo 23 : Essai de stabilité au tamis

Résultats des essais à l’état frais des BAP

Essais au cône d’Abrams

Les résultats obtenus par ces essais sur les différents bétons sont présentés dans le tableau 61

ci-après :

Tableau 61 : résultats de l’essai au cône d’Abrams

Béton BAP1 BAP2 BAP3 BAP4 BAP5 BAP6 BAP7 BAP8 BAP9

Etalement (cm) 60,5 60 61 62 63 62 62 61,5 66

Lorsqu’on augmente le dosage en superplastifiant de 1%C(BAP2-BAP8) à 2%C(BAP9), on constate

une amélioration de la fluidité du béton de 60 à 66 cm.

La diminution de la quantité d’eau (BAP3) n’influe pas sur la fluidité vue sa petite variation.

On a gardé le dosage en filler calcaire à 2,5 %C pour pouvoir améliorer la stabilité du béton et

surtout quand on augmente le dosage en super plastifiant de 1%C à 2%C pour le BAP9.

117

Essai de la boite en L

Les résultats des essais effectués sur les différents BAP sont présentés dans le tableau 62 ci-

après :

Tableau 62: Résultats des essais de la boite en L


Capacité de remplissage H2/H1

0,74 0,84 0,83 0,82 0,83 0,84 0,82 0,84 0,84

On remarque que la capacité de remplissage est supérieure à 0,8 pour tous les BAP sauf pour le

BAP1 (dosage de 1%C en superplastifiant) et dont la formulation est celui de Dreux à titre

d’expérimentation.

Essai de la stabilité au tamis

Les résultats des essais effectués sur les différents BAP sont présentés dans le tableau 63ci-

après :

Tableau 63 : Résultats des essais de stabilité au tamis


Poids Laitance (%) 32 15,45 17,53 17,8 15,8 16,2 18 16,4 16,32

Les normes requises qui préconisent la fourchette de valeur entre 10 à 20 % du poids de

laitance sont respectées pour tous les BAP sauf le BAP1, c'est-à-dire que les BAP (BAP2 à BAP9)

testés restent dans la limite de stabilité. Pour le BAP9, même si le dosage en superplastifiant a

été doublé de (1%C à 2%C), il reste toujours stable à cause de la présence de filler calcaire.

Récapitulation des résultats

Les résultats des essais de caractérisation des BAP à l’état frais, conformément à la composition

et à la variation des constituants selon la formulation choisie sont résumés dans le tableau 64

ci-après.

Tableau 64 : Résultats des trois essais à l’état frais.

Types d’essais BAP1 BAP2 BAP3 BAP4 BAP5 BAP6 BAP7 BAP8 BAP9

Etalement (cm) 60,5 60 61 62 63 62 62 61,5 66

H2/ H1 0,74 0,84 0,83 0,82 0,83 0,84 0,82 0,84 0,84

Laitance (%) 32 15,45 17,53 17,8 15,8 16,2 18 16,4 16,32

118

Pour le BAP1, il a été constaté que sur les 3 essais préconisés par l’AFGC, seul l’essai

d’étalement 60,5 cm est validé et les deux autres sont invalidés, ce qui veut dire que la

formulation par la méthode Dreux n’est pas adaptée pour les BAP.

Essais de compression à l’état durci de bétons témoins et des BAP.

Mode opératoire

Il est à noter que ces essais ont été réalisés au Laboratoire National des Travaux Publics et du

Bâtiment (LNTPB).

Avant écrasement des éprouvettes avec la presse hydraulique manuelle comme indique la

photo 24 ci-dessous, il faut se conformer au sous chapitre [VI.3] relatif à la conservation des

éprouvettes.

Photo 24 : Pesse hydraulique manuelle

Après 48 h de conservation, les éprouvettes sont entreposés dans un endroit spécifique avant

de procéder à leur surfaçage à l’aide d’un soufre afin de s’assurer qu’ils ne sont pas décentrer

ou décliner une fois sous la presse hydraulique selon la photo 25 ci- dessous.

Photo 25 : Surfaçage et mis en place des éprouvettes dans la presse

119

Méthode concernant les essais à la compression des bétons ordinaires et des

BAP

L’essai de compression consiste à soumettre l’éprouvette de béton à l’écrasement par

compression axiale et la mise en charge doit se faire d’une manière continue jusqu'à la rupture

de l’éprouvette comme indique la photo 26 ci-après.

Photo 26 : Essai de compression

On note la charge maximale atteinte P et la surface de chargement S [m²], la contrainte

maximale (résistance à la compression) s’écrit alors :

σc = P / S [MPa]

Les essais de compression sont effectués sur des éprouvettes cylindrique 16×32 cm et la

contrainte maximale s’écrit :

σc = P / S [MPa]

P : charge de rupture [N]

S : surface de chargement de l’éprouvette [m2]

σc : résistance à la compression [MPa]

L’objectif de cet essai est de suivre l’évolution de la résistance à la compression et le

comportement des différents bétons témoins et des BAP.

120

Essais de compression sur les bétons témoins

Résultats des essais sur béton ordinaire (B.O)

Pour étudier l’influence du type de granulat sur la composition, et par la suite sur la qualité du

béton, 4 combinaisons granulométriques ont été proposées en gardant le dosage en ciment de

350 kg/m3.

Dans un premier temps, pour la formule désignée F1, on utilise des granulats concassés issus de

centrale de concassage : sable de carrière 0/5, gravillons 5/15 et 15/25 ;

Pour le deuxième type des granulats de fabrication artisanale, compte tenu de la disparité de

dimension des grains, et dans le but de tenir compte de toutes les possibilités offertes par ces

granulats, nous avons retenu trois combinaisons avec du sable de rivière :

F2 : sable de rivière avec granulats 5/15 et 15/25

F3 : sable de rivière avec granulats 3/8, 5/15 et 15/25

F4 : sable de rivière avec granulats 3/8 et 5/15.

Les résultats des essais pour les bétons témoins à la compression pour chaque type de

formulation sont détaillés en annexe C.

Moyennes des résultats pour les différentes formulations

Pour chaque formulation, 6 éprouvettes cylindriques 16x32 cm ont été fabriquées pour la

mesure de la résistance à la compression axiale à 7, 14 et 28 jours.

La moyenne des résultats pour les différentes formulations et pour les différentes charges est

montrée par le tableau 65 ci-dessous et traduits sous forme de graphes par la figure 33.

Tableau 65: Résultats des essais sur les bétons témoins.

Composition des Bétons Résistance moyenne à la compression des Bétons étudiés (MPa)

7 jours 14 jours 28 jours

F1 26,00 31,30 33,00

F2 29,90 36,25 36,50

F3 26,70 33,00 36,30

F4 21,25 29,50 30,63

121

Figure 33 – Evolution de la résistance à la compression des bétons classiques

Interprétation et discussion sur les B.O

Les analyses granulométriques des granulats artisanaux ont montré qu’ils ne peuvent pas être

considérés tels qu’ils sont définis au sens de la norme NF P 18-304 (passant à D supérieur à 95

% ou bien la fraction supérieure à D est de l’ordre de 5 %).

Il n’est donc pas concevable de substituer simplement les granulats concassés par le type des

granulats artisanaux par leurs plages granulométriques, du fait que :

- Sur la figure 26, on constate que la courbe du mélange à base de granulats concassés se

rapproche et coupe la première droite (grains fins et moyens) de la courbe optimale et

s’écarte de cette dernière dans la partie des gros grains.

- Toutefois, les courbes du mélange des granulats artisanaux pour les formules F2, F3 et

F4 se rapprochent d’avantage des deux segments de droite qui composent leurs courbes

optimales, sur les figures 28, 30 et 32.

Il est nécessaire de réduire la quantité des grains intermédiaires des granulats artisanaux par

l’utilisation de la classe 3/8 et ceci dans le but d’assurer la bonne compacité du béton. Cela

revient ainsi soit à substituer une partie des gravillons 5/15 et 15/25 par du 3/8 soit carrément

ne pas utiliser la fraction grossière 15/25, notamment pour le béton dont une bonne fluidité est

nécessaire.

On peut noter que la substitution d’une partie des gravillons 5/15 et 15/25 par la fraction 3/8

réduit la porosité du béton et augmente sa densité. Ceci est cohérent avec la nécessité d’étaler

la granulométrie des granulats pour obtenir le caractère compact du béton ainsi que sa

résistance à la compression qui est directement liée à la compacité.

La composition des gravillons artisanaux : 3/8 et 5/15 avec du sable de rivière de la F4 est assez

dense, avec une densité de 2,343 T/m3, mais au détriment de sa résistance fc28 = 30,63MPa, qui

122

est inférieure aux résistances relatives des formules F1, F3, et F2 ; C’est-à-dire qu’il n’est pas

recommandé d’utiliser ce mode de composition de la F4, pour la confection du béton ordinaire,

si on se fixe comme objectif la résistance à l’état durci.

Par contre, la composition des gravillons artisanaux : 5/15 et 15/25 avec de sable de rivière de

la F2 est la plus dense des quatre formules, avec une densité égale à 2,366 T/m3 ; C’est la

formule optimale, tant sur le plan technique, avec fc28 = 36,50 MPa, que sur le plan

économique, parce que pour les granulats artisanaux, plus le granulat est grossier, plus son

coût est faible.

Les résultats des essais concernant les modules de finesse du sable de carrière et du sable de

rivière sur le tableau 13 confirment les résultats obtenus sur des essais à la compression pour

les formules F1, F2, F3 et F4, du fait que :

- Pour le sable de carrière, Mf = 2,13, c'est-à-dire : 1,8 < Mf < 2,2, béton à bonne

ouvrabilité au détriment de la résistance comme dans les granulats de type « C»

- Pour le sable de rivière, Mf = 2,93, c'est-à-dire : 2,8 < Mf < 3,2, béton à mauvaise

ouvrabilité et de risque de ségrégation, mais avec des résistances élevées comme dans

les granulats du type « A ».

Si le béton obtenu avec des gravillons artisanaux présente des avantages, aussi bien, du point

de vue compacité que de résistance à la compression par rapport au béton obtenu avec des

granulats concassés, c’est grâce au fait que les coefficients volumétriques CV et d’aplatissement

CA des granulats artisanaux sont inférieurs à ceux de granulats concassés. Donc, les granulats

de type artisanal contiennent une grande proportion d’éléments arrondis que des éléments

plats pour une même classe granulométrique. En plus, on constate que pour les deux types de

granulat, leurs duretés LA sont différents tout en restant dans la limite de dureté admissible.

Enfin, au vu de la forme des granulats, ces trois paramètres prouvent les avantages des

granulats de type artisanal par rapport aux granulats concassés pour la fabrication du béton

ordinaire.

Au niveau de l’évolution de la résistance entre 7 jours, 14 jours et 28 jours comme indique le

tableau 66 ci-dessous :

- Beaucoup plus importante évolution de la résistance du béton aux jeunes âges, entre 7

jours et 14 jours

- Par contre, entre 14 jours et 28 jours, cette évolution de la résistance est généralement

faible.

123

Tableau 66 : Ecarts absolues et relative des fcj

Δfci F1 F2 F3 F4

MPa [%] MPa [%] MPa [%] MPa [%]

fc14–fc7 5,3 16,93 6,35 21,24 6,3 23,60 8,25 38,82

fc28 – fc14 1,7 5,15 0,25 0,69 3,3 10,00 1,13 3,80

En résumé, les résultats des essais à la compression à 28 jours montrent que la résistance fc28 =

36 MPa pour les compositions des gravillons artisanaux est supérieure à fc28 = 33,5 MPa pour la

composition des gravillons concassés : 5/15 et 15/25, avec du sable de carrière.

Sachant que d’une part la compacité du béton est fonction de la forme des gravillons, et

d’autre part, la fluidité et le risque de blocage du béton dépendent de la forme des gravillons, il

est judicieux de doser le béton à partir de la compacité des gravillons.

Recommandations et conclusion partielle

Il est à noter pour l’utilisation des granulats du type artisanal que les trois recommandations

suivantes doivent être prises en compte pour chaque type de béton et d’ouvrage :

- Formule : 3/8 et 5/15 correspondant aux gravillons artisanaux « A » : convient pour le

béton dont la fluidité est requise tel que le bétonnage des éléments plans.

- Formule : 3/8, 5/15 et 15/25 correspondant aux gravillons artisanaux « A » : convient

pour le béton courant.

- Et la Formule : 5/15 et 15/25 correspondant aux gravillons artisanaux « A » : plutôt

intéressant pour le béton à faible densité de ferraillage, tels que les éléments de

fondation : semelle, pieux et puits.

Tenant compte des aspects économiques, de qualité technique et sociaux et après comparaison

avec les granulats de concassage, on peut conclure, sur tous les plans, que dans le secteur du

BTP, la place des granulats de fabrication artisanale n’est pas du tout négligeable. Ils occupent

dans l’approvisionnement des chantiers de construction en génie civil une part importante de

marchés.

L’étude présentée vise à mettre en exergue la qualité et la performance des granulats fabriqués

artisanalement de type «A» afin d’être utilisés dans les bétons. Si le béton classique est

fréquemment fabriqué avec des granulats de concassage 5/15 et 15/25, la correction de leur

granulométrie, en utilisant des granulats de type «A», permet d’envisager une qualité

mécanique satisfaisante des bétons, par la substitution d’une partie de 5/15 et 15/25 par du

3/8 ou tout simplement en n’utilisant que du 3/8 et 5/15 pour le béton fluide ou le BAP. Ce qui

entraine toutefois l’étalement des courbes granulométriques par la présence des

chevauchements des courbes des gravillons 3/8 sur celle de sable de rivière ainsi que celles des

courbes de gravillons 3/8 et des gravillons 5/15 ; d’où une résistance mécanique à 28 jours

124

légèrement inférieure par rapport aux autres formules due à une demande en eau plus élevée

pour la même consistance.

Afin de pouvoir améliorer la résistance mécanique du béton utilisant les granulats de type

artisanal, il faut éviter le chevauchement des granulats par la fabrication d’une plage

granulométrique intermédiaire telle que le sable de rivière grossier de classe 0/6.

Par contre, la formule des gravillons 5/15 et 15/25 avec de sable de rivière permet d’avoir des

courbes granulométriques continues des granulats d’où une meilleure résistance mécanique à

28 jours.

C’est ainsi qu’a pu être formulé un béton avec des granulats artisanaux, dont la résistance à la

compression peut concurrencer, voire plus élevée, que le béton classique fabriqué avec des

granulats concassés.

Essais de compression sur les BAP

Résultats des essais à la compression pour les BAP à l’état durci

Pour étudier l’influence du type de granulat, d’ajout minéral et d’adjuvant sur la composition,

et par la suite sur la qualité du béton, 9 combinaisons granulométriques ont été proposées en

gardant le dosage en ciment de 350 kg/m3 ainsi que celui du filler calcaire à 2,5%C.

Il est bien de préciser que les autres résultats des essais des BAP à l’état durci sont figurés dans

les tableaux en annexe E.

Les résultats moyens des essais à la compression 7, 14 et 28 jours pour les BAP sont donnés par

le tableau 67 ci-après.

L’évolution de la résistance en fonction du temps est illustrée par les figures 34 et 35 ci-après.

Tableau 67: Résultats des essais des BAP à la compression

Béton Résistance moyenne à la compression des BAP étudiés (MPa)

7 jours 14 jours 28 jours

BAP1 18,5 24,5 27

BAP2 18 23 23

BAP3 21,25 25,5 28

BAP4 21,8 26,5 29

BAP5 21,8 26 28,5

BAP6 21,3 25,25 27,5

BAP7 21,8 26 28

BAP8 20 25 27,8

BAP9 22,3 29,3 29,3

125

Figure 34 : Evolution de la résistance à la compression des bétons BAP1 à BAP5

Figure 35 : Evolution de la résistance à la compression des bétons BAP6 à BAP9

Discussion et interprétation

126

On constate que la résistance mécanique à la compression des différents bétons ordinaires

(témoin) testés est supérieur celle des bétons autoplaçants, même au jeune âge. C’est tout à

fait normal parce que pour les bétons ordinaires, l’objectif primordial est la résistance

mécanique à la compression, par contre pour les BAP, la priorité est donnée au comportement

du béton à l’état frais et la résistance à la compression fait l’objet d’une vérification tout

simplement.

Pour le BAP2, la résistance à la compression à 28 jours d’âge, Rc28 = 23 MPa est légèrement

inférieur aux normes requises parce que lors de sa formulation, le superplastifiant n’a pas été

pris en compte.

En plus, l’absence de vibration et de piquage du béton autoplaçant lors de son coulage dans

une éprouvette cylindrique, porte atteinte à la diminution de sa résistance mécanique à l’état

durci ; parce que l’éprouvette en question est en modèle réduit et que le poids du BAP qui le

contient n’assure pas convenablement la fonction d’autoplaçabilité requise. Donc, si on veut

vérifier correctement la résistance mécanique du BAP à l’état durci, il serait mieux, à mon avis,

de procéder aux essais en grandeur nature.

Pour le BAP9, il est constaté que l’ajout du filler calcaire entraine la diminution des quantités

des gravillons et du sable dans sa composition, par rapport aux autres BAP.

Toujours, pour le BAP9, même si le dosage en superplastifiant a été doublé de (1%C à 2%C), il

reste toujours stable à cause de la présence de filler calcaire, parce que les normes requises

par l’AFG qui préconisent la fourchette de valeur de 10% à 20% du poids de laitance du béton à

l’état frais sont respectées (Plaitance = 16,32%).

Il serait bien de mentionner que les quantités de gravillons et du sable pour les BAP5 et BAP8

sont inférieures à celles autres BAP, parce qu’ils sont composés avec des granulats de

concassage «C» et les autres BAP avec des granulats artisanaux «A».

Dans ce cas, dans 1 m3 de béton, la formulation des BAP avec des granulats artisanaux «A»

demande un peu plus des granulats que la formulation des BAP avec des granulats concassés

«C».

Cette différence est minime en termes de poids et c’est la raison pour laquelle, elle n’a pas

d’impact sur le prix du BAP au mètre cube, vu que le prix des granulats artisanaux est inférieur

au prix des granulats concassés sur le marché de matériau granulaire.

Remarque technique :

Pour les essais du BAP à l’état frais, il est recommandé dans le cahier de charges que le

diamètre maximal (Dmax) des gravillons soit < 20mm pour éviter le blocage de l’écoulement du

béton par les armatures dans le coffrage. Par contre, sur les sites de fabrication artisanale de

granulats, il n’existe que des gravillons 3/8, 5/15 et 15/25, c’est-à-dire que le (Dmax) est de

25mm, qui est largement supérieur 20 mm.

127

Dans le cadre de ce travail et afin d’adapter les essais surtout « à la boîte en L » au contexte de

la fabrication artisanale de granulats, on propose de garder le Dmax = 25mm selon les classes

granulométriques existantes dans les carrières d’exploitation artisanale, mais pour éviter le

blocage de l’écoulement du béton dû aux armatures, il faut trouver un compromis entre les

écartements de ferraillages. Lesdits écartements feront l’objet d’une étude particulière pour

que les conditions de mise en œuvre des BAP soient respectées et la résistance mécanique à

l’état durci à 28 jours correspond aux normes requises.

Enfin, dans le cadre de la méthode de formulation des BAP proposés, nous avons fixé le dosage

en ciment à 350 kg/m3. Si la résistance du béton durci est différente de celle imposée par le

cahier des charges, on peut y remédier de la façon suivante :

- si la résistance obtenue est supérieure à celle souhaitée : substituer une quantité de

ciment par la même quantité de sable en valeur absolue ;

- si la résistance est plus faible que celle souhaitée : substituer une quantité de sable par

la même quantité de ciment en volume absolu.

De cette manière, le volume du mélange frais reste égal à 1 m3.

Eventuellement, une correction de la quantité d’eau de gâchage sera opérée pour que le BAP

respecte son autoplaçabilité.

128

CONCLUSION GENERALE

Les enquêtes dans les différents sites de fabrication des granulats locaux (granulats concassés

et granulats artisanaux) ont été réalisées dans le but d’avoir des données statistiques sur

l’ensemble des carrières en phase d’exploitation actuellement à Antananarivo et ses environs

ainsi que dans les grandes entreprises de construction (COLAS, SCB…) afin de connaitre leurs

évolutions technologiques et leurs parts du marché à la réalisation des ouvrages dans le

domaine de la construction en générale.

Compte tenu, d’une part, du rendement de production journalière des granulats de fabrication

artisanale, et d’autre part, du centenaire d’existence de certaines carrières d’exploitation des

granulats artisanaux, la production artisanale des granulats occupe une place importante sur le

marché des matériaux granulaires, pour la construction des ouvrages en génie civil et du

bâtiment à Madagascar et mérite d’être valorisée et renforcée techniquement.

Aussi, sur le plan social, les familles monoparentales dont le chef de famille sont des femmes,

représentent 40 % des artisans qui sont obligées de travailler avec leurs enfants sur ces

carrières de fabrication artisanale des granulats pour survivre. Si on arrive à valoriser et alléger

leur condition de travail, elles gagneraient suffisamment des ressources pour envoyer leurs

enfants à l’école, supprimant ainsi le travail pénible et dangereux des enfants.

C’est la raison pour laquelle les objectifs de la présente recherche ont été axés sur les rôles

joués par les différents constituants susceptibles d’entrer dans la formulation des bétons à base

de matériaux locaux en vue de leur valorisation et de mettre en évidence des éventuelles

interactions entre les constituants.

Les études bibliographiques ont permis de cerner l’ensemble des processus de mise en œuvre

des bétons, depuis la confection jusqu’au coulage dans le coffrage et l’étude de comportement

rhéologique des BAP à l’état frais. A ce sujet, les essais nécessaires pour valider les BAP selon le

cahier de charge de l’AFGC ont été exposés. Enfin, il a été question de traiter les méthodes

empiriques et récentes de formulation des BAP.

Les études et essais en laboratoire ont été réalisés avec deux types de granulats : concassés

normalisés et fabrication artisanale. En faisant varier quelques paramètres, cette étude

expérimentale a permis, d’une part, de développer une formulation pour les BAP, et d’autre

part, de caractériser leurs performances physiques et mécaniques à partir des essais

appropriés.

Pour la première étape des essais en laboratoire, on a effectué des analyses granulométriques

de granulats, à savoir : les gravillons concassés 5/15, 15/25 et ceux de fabrication artisanale

3/8, 5/15 et 15/25 ainsi que le sable de rivière et le sable de carrière 0/5.

Pour les granulats de fabrication artisanale 5/15 et 15/25 composés avec du sable de rivière, il a

été constaté sur les résultats des analyses granulométriques, des disproportions, qui se

129

manifestent par la présence d’un pallier sur la courbe du mélange. Ceci traduit l’absence de

certains calibres des granulats, notamment les dimensions intermédiaires, à cause de l’absence

sur les carrières des matériels normalisés de calibrage.

Par ailleurs, Il est à noter que pour classer des granulats de fabrication artisanale et par faute

d’existence desdits matériels sur les carrières, les artisans font la classification de ces granulats

par habitude à l’œil nu.

En conséquence, l’utilisation des gravillons de fabrication artisanale 15/25 qui se manifeste par

la présence d’un pallier sur la courbe du mélange et par sa tendance à s’écarter de la courbe de

référence, complique d’avantage la composition optimale des granulats.

Au premier constat, il semble que la proportion des gros cailloux est très importante dans la

classe des gravillons de fabrication artisanale 15/25 et ceci augmente le pourcentage des vides

et diminue en conséquence la compacité de bétons.

Toutefois, pour un béton ordinaire, c’est la caractéristique du béton à l’état durci (résistance à

la compression) qui définit la qualité du béton. Donc, si on veut avoir une bonne qualité du

béton respectant les normes requises, il faut diminuer les écartements entre les grains en

augmentant la proportion des granulats artisanaux de faibles diamètres dans une composition

donnée et ceci augmente la compacité du béton ainsi que sa résistance.

Aussi pour les BAP, si la résistance est plus faible que celle souhaitée : substituer une quantité

de sable par la même quantité de ciment en volume absolu.

Pour les BAP, il faut que les recommandations suivantes soient respectées pour pouvoir

optimiser l’utilisation des granulats de fabrication artisanale dans le BAP :

- augmenter la proportion des éléments fins (sable, sable correcteur ou ajout minéral)

afin d’optimiser la caractérisation du béton à l’état frais ;

- utiliser des gravillons ≤ 20 mm pour éviter le risque de blocage entre les armatures, mais

dans le cas contraire, il faut trouver un compromis entre les écartements de

ferraillages ;

- utiliser d’adjuvants superplastifiant et agent de viscosité, pour obtenir une bonne

fluidité avec le minimum d’eau de gâchage, ainsi qu’une bonne stabilité du mélange.

Perspectives

Les besoins en granulats artisanaux, presque dans tout Madagascar, ne suivent pas le rythme

de leur production parce que, d’une part, les matériels et les outillages qu’ils utilisent sont

rudimentaires et d’autre part, presque 80% des PME et des particuliers qui construisent des

bâtiments et des ouvrages en génie civil s’approvisionnent chez eux.

De ce fait, il est plus que nécessaire que tous les acteurs du secteur de génie civil en général se

penchent sur ce problème.

130

Les résultats obtenus à travers les essais avec des granulats normalisés et avec des granulats de

fabrication artisanale offrent de belles perspectives pour optimiser notamment les BAP et

d’aider à leur diffusion auprès de tous les acteurs de la construction en béton à Madagascar.

Les études sur les combinaisons des granulats suivants doivent être réalisées, à savoir :

- Gravillons concassés avec du sable de rivière ;

- Gravillons de fabrication artisanale avec du sable de carrière.

De plus, l’étude de certains mécanismes d’ordre physico-chimiques mérite d’être approfondie.

L’étude de l’influence des agents de viscosité associée à celle de superplastifiant doit être

poursuivie afin de comprendre les interactions entre ces deux adjuvants, le plus souvent utilisés

simultanément.

En dernière étape, on envisage de faire des essais en grandeur nature afin de pouvoir

concrétiser et vérifier la faisabilité pratique « des formules des BAP obtenues » à partir des

essais en laboratoire, avant leurs publications et diffusions auprès des acteurs concernés par le

secteur du génie civil et autres.

131

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I

ANNEXES

LISTE DES ANNEXES

Annexe A : PHOTOS AERIENNES DES DIFFERENTS SITES

Annexe B : ESSAIS GRANULOMETRIQUES DES GRANULATS

Annexe C : METHODE DE FORMULATION ET RESULTATS DES B.O

Annexe D : METHODE DE FORMULATION DES BAP

Annexe E : RESULTATS DES ESSAIS DU BAP A L’ETAT FRAIS ET DURCI

Annexe F : DESCRIPTION SYNTHETIQUE DES NORMES RELATIVES AU BETON, AU MORTIER

ET AUX GRANULATS.

II

A. PHOTOS AERIENNES DES DIFFERENTS SITES

Les photos aériennes suivantes présentent à titre indicatif les carrières d’exploitation des

granulats artisanaux à Antananarivo et ses environs :

Plan de situation des carrières Antsobolo et Ambohimahitsy

Carrière Antsobolo

Carrière Ambohimahitsy

Université Antananarivo

N

III

Carrière Analamahitsy

N

IV

Carrière avant Antsobolo

N

V

Carrière Antsobolo

N

VI

Carrière Père Pedro

N

VII

Carrière Vontovorona

N

VIII

B. ESSAIS GRANULOMETRIQUES DES GRANULATS :

Les résultats des analyses granulométriques sont donnés par les tableaux A1 à A7 ci-après.

Tableau A1: Analyse granulométrique des gravillons concassés 15/25

Date de l’essai : 02/05/ 2012


Echantillon E1 E2 E3

Masse sèche initiale [g] 3001 3002 3001

Masse lavée et séchée [g] 2930 2934 2931


Poids de l’échantillon (g)

Echantillon n° 01

Echantillon n° 02

Echantillon n° 03

Poids de l’échantillon

moyen (g) Tamisât moyen cumulé

3001 3002 3001 3001,3

Module AFNOR

Ouverture des tamis

(mm)

Refus cumulé

Refus cumulé Refus

cumulé Refus cumulé

moyen

(g) % (g) % (g) % (g) % %

46 31,5 0 0 0 0 100

44 20 761 715 896 790,66 26,97 73,03

41 10 2898 2798 2827 2841 96,89 3,11

38 5 2924 2878 2882 2894,66 98,7 1,3

34 2,5 2925 2896 2902 2907,66 99,17 0,83

31 1,25 0 2901 2908 2904,5 99,06 0,94

28 0,63 0 2906 2913 2909,5 99,23 0,77

26 0,315 0 2915 2917 2916 99,45 0,55

23 0,16 0 2927 2920 2923,5 99,7 0,3

20 0,080 0 2929 2924 2926,5 99,8 0,2

< 0,080

IX

Tableau A2: Analyse granulométrique des gravillons concassés 5/15








Echantillon n° 01

Echantillon n° 02

Echantillon n° 03

Poids de l’échantillon moyen (g)

Tamisât cumulé moyen

3003 3008 3005 3005,33

Module AFNOR

Ouverture des tamis (mm)

Refus cumulé

Refus cumulé

Refus cumulé Refus cumulé

moyen

(g) % (g) % (g) % (g) % %

45 31,50 0 0 0 0 0 100

43 20,00 0 0 0 0 0 100

40 10,00 1000 1002 1077 1026,33 34,79 65,21

37 5,00 2123 2202 2222 2182,33 73,98 26,02

34 2,50 2777 2832 2859 2822,66 95,68 4,32

31 1,25 2824 2868 2898 2863,33 97,06 2,94

28 0,63 2855 2890 2918 2887,66 97,89 2,11

26 0,315 2891 2916 2938 2915 98,81 1,19

22 0,16 2918 2937 2953 2936 99,53 0,47

20 0,080 2923 2952 2964 2946,33 99,88 0,12

< 0,080

X

Tableau A3: Analyse granulométrique des gravillons de type artisanal 15/25






Gravillons de type artisanal 15/25


Echantillon n° 01

Echantillon n° 02

Echantillon n° 03


moyen (g) Tamisât cumulé moyen

3007 3005 3013 3008,3

Module AFNOR

Ouverture des tamis

(mm)

Refus cumulé

Refus cumulé

Refus cumulé Refus cumulé

moyen

(g) % (g) % (g) % (g) % %

45 31,50 134 80 91 101,66 3,40 96,60

43 20,00 1731 1877 1854 1820,66 61,00 39,00

40 10,00 2787 2874 2897 2852,66 95,58 4,42

37 5,00 2955 2965 2969 2963 99,27 0,73

34 2,50 2972 2972 2976 2973,33 99,62 0,38

31 1,25 2975 2973 2978 2975,33 99,69 0,31

28 0,63 2976 2974 2979 2976,33 99,72 0,28

26 0,315 2978 2975 2980 2977,66 99,76 0,24

22 0,16 2980 2976 2981 2979 99,81 0,19

20 0,080 2982 2977 2982 2980,33 99,85 0,15

< 0,080

XI








Poids de

l’échantillon (g)

Echantillon

n° 01

Echantillon

n° 02

Echantillon

n° 03

Poids de

l’échantillon

moyen (g)

Tamisât

cumulé

moyen

3006 Ft =

2984 3011

Ft =

2990 3004

Ft=

2970 3007 Ft=2981,3

Module

AFNOR

Ouverture

des tamis

(mm)

Refus

cumulé

Refus


Refus cumulé

moyen

Tamisât

cumulé

(g) % (g) % (g) % (g) % %

45 31,50 0 0 0 0 0 100

43 20,00 1364 1252 1307 1307,66 43,86 56,14

40 10,00 2888 2865 2828 2860,33 95,94 4,06

37 5,00 2975 2976 2952 2967,66 99,54 0,46

34 2,50 2980 2984 2963 2975,66 99,8 0,2

31 1,25 2981 2985 2965 2977 99,85 0,15

28 0,63 2982 2986 2966 2978 99,88 0,12

26 0,315 2983 2987 2967 2979 99,92 0,08

22 0,16 2984 2988 2968 2980 99,95 0,05

20 0,080 2985 2989 2969 2981 99,99 0,01

< 0,080

XII









Echantillon

n° 01

Echantillon

n° 02

Echantillon

n° 03

Poids de l’échantillon moyen (g)

Tamisât cumulé moyen

3010 Ft= 2953 3006

Ft= 2963

3016 Ft=

2872 3010,66

Ft= 2929,3

Module

AFNOR

Ouvertures des tamis

(mm)

Refus cumulé

Refus cumulé

Refus cumulé

Refus cumulé moyen

Tamisât cumulé

(g) % (g) % (g) % (g) % %

45 31,5

43 20,00 0 258 314 286 9,76 90,24

40 10,00 0 1378 1500 1439 49,12 50,88

37 5,00 1098 2843 2776 2239 76,44 23,56

34 2,50 2609 2931 2841 2793,66 95,37 4,63

31 1,25 2686 2941 2851 2826 96,47 3,53

28 0,63 2695 2948 2858 2833,66 96,73 3,27

26 0,315 2702 2955 2864 2840,33 96,96 3,04

22 0,16 2709 2960 2868 2845,66 97,14 2,86

20 0,080 2714 2962 2870 2848,66 97,25 2,75

XIII

Tableau A6 : Analyse granulométrique du sable de carrière 0/5






Sable de carrière 0/5


(g)

Echantillon

n° 01

Echantillon

n° 02

Echantillon

n° 03

Poids de

l’échantillon

moyen (g)

Tamisât

cumulé

moyen

2070 2018 2002 2030

Module

AFNOR

Ouverture

des tamis

(mm)

Refus


Refus

cumulé

Refus cumulé

moyen

(g) % (g) % (g) % (g) % %

41 10,00 0 0 0 0 0 0

38 5,00 11 18 9 12,66 0,73 99,27

34 2,50 111 124 99 111,33 6,46 93,54

31 1,25 368 413 362 381 22,10 77,9

28 0,63 715 806 717 746 43,26 56,74

26 0,315 1229 1354 1259 1280,66 74,27 25,73

22 0,16 1585 1634 1538 1585,66 91,96 8,04

20 0,080 1712 1753 1656 1707 98,99 1,01

< 0,080 1723 1775 1664 1720,66 99,79 0,21

XIV

Tableau A7: Analyse granulométrique de sable de rivière



Masse initiale : 2007 g 2005 g 2002 g




Sable de rivière


Echantillon n° 01

Echantillon n° 02

Echantillon n° 03


moyen (g)

Tamisât

cumulé

moyen

2007

Ft=1878

2005

Ft=1899

2002

Ft=1897

2004,66

Ft=1891,33

Module

AFNOR

Ouverture des tamis (mm)

Refus cumulé Refus cumulé Refus cumulé Refus cumulé

moyen

Tamisât

cumulé

(g) % (g) % (g) % (g) % %

41 10,00 0 0 0 0 0 0

38 5,00 1 1 1 1 0,053 99,95

34 2,50 10 9 9 9,33 0,49 99,51

31 1,25 134 136 139 136,33 7,21 92,79

28 0,63 645 685 843 724,33 38,30 61,70

26 0,315 1467 1586 1612 1555 82,22 17,80

22 0,16 1792 1828 1842 1820,6

6 96,26 3,74

20 0,080 1862 1886 1888 1878,6

6 99,33 0,67

< 0,080 1869 1892 1893 1884,6

6 99,65 0,35

XV

C. METHODE DE FORMULATION DU B.O

Les résultats de la composition du mélange des formules F1, F2, F3, et F4 sont

représentés par les tableaux A8, A9, A10, et A11

Tableau A8 : Composition du mélange de la F1

Composition du mélange des granulats concassés « C » de la F1

Module

AFNOR

Ouverture

des tamis

(mm)

Pourcentage : Tamisât cumulé

Ciment (%) Mélange (%) Gravillons

15/25 (%)

Gravillons

5/15 (%) Sable (%)

46 31,5 21,20 41,15 24,25 13,40 100

44 20 15,52 41,15 24,25 13,40 94,32

16

12,5

41 10 0,66 26,8 24,25 13,40 65,11

8

38 5 0,27 10,70 24,07 13,40 48,37

34 2,5 0,176 1,77 22,68 13,40 37,9

31 1,25 0,20 1,21 18,89 13,40 33,7

28 0,63 0,16 0,87 13,76 13,40 28,19

26 0,315 0,12 0,49 6,24 13,40 20,25

23 0,16 0,064 0,19 1,95 13,40 15,60

20 0,080 0,042 0,049 0,24 13,40 13,73

≤0,080 0,050 13,40 13,45

XVI

Tableau A9: Composition du mélange de la F2

Composition du mélange des granulats de fabrication artisanale « A » de la F2

Module

AFNOR

Ouverture

des tamis

(mm)



15/25 (%)

Gravillons

5/15 (%) Sable (%)

46 31,5 11,60 46,41 28,59 13, 40 100

44 20 4,68 26 28,59 13,40 72,67

12,5

41 10 0,53 1,88 28,59 13,40 44,40

8

38 5 0,088 0,21 28,56 13,40 42,26

34 2,5 0,046 0,09 28,44 13,40 41,98

31 1,25 0,037 0,069 26,53 13,40 40,04

28 0,63 0,033 0,055 17,64 13,40 31,13

26 0,315 0,029 0,037 5,10 13,40 18,57

23 0,16 0,023 0,023 1,07 13,40 14,52

20 0,080 0,018 0,0046 0,19 13,40 13,61

≤0,080 0,1 13,40 13,05

XVII

Tableau A10 : Composition du mélange de la F3


Module

AFNOR

Ouverture

des tamis

(mm)


Ciment

(%)

Mélange

(%) Gravillons

15/25 (%)

Gravillons

5/15 (%)

Gravillons

3/8 (%)

Sable (%)

46 31,5 4,71 24,75 34,59 22, 51 13, 44 100

44 20 1,9 13,59 31,21 22,51 13,44 82,65

12,5

41 10 0,21 1,00 17,60 22, 51 13,44 54,76

8

38 5 0,034 0,11 8,15 22,50 13,44 48,73

34 2,5 0,018 0,057 1,60 22,40 13,44 37,52

31 1,25 0,015 0,037 1,22 20,89 13,44 35,60

28 0,63 0,014 0,03 1,13 13,89 13,44 28,50

26 0,315 0,011 0,02 1,05 4,00 13,44 18,52

23 0,16 0,009 0,012 0,99 0,84 13,44 15,29

20 0,080 0,007 0,0025 0,95 0,15 13,44 14,55

≤0,080 0,079 13,44 13,52

XVIII

Tableau A11: Composition du mélange de la F4


Module

AFNOR

Ouverture

des tamis

(mm)



5/15 (%)

Gravillons

3/8 (%) Sable (%)

46 31,5 35,22 28,82 22,50 13, 47 100

44 20 19,77 26 22,50 13,47 81,74

12,5

41 10 1,43 14,66 22,50 13,47 52,06

8

38 5 0,16 6,79 22,49 13,47 42,91

34 2,5 0,081 1,33 22,39 13,47 37,27

31 1,25 0,053 1,02 20,88 13,47 35,42

28 0,63 0,042 0,94 13,88 13,47 28,33

26 0,315 0,028 0,88 4,00 13,47 18,38

23 0,16 0,018 0,82 0,84 13,47 15,15

20 0,080 0,0035 0,79 0,15 13,47 14,41

≤0,080 0,079 13,47 13,55

Les essais à la compression simple réalisés sont :

a. Pour les gravillons concassés 15/25, 5/15 avec de sable carrière 0/5de la formule F1 et

les résultats des essais sont :

Type du béton : Béton témoin (béton classique)

Nombre et dimension des éprouvettes : 06 éprouvettes cylindriques de dimension 16 X 32

Date du malaxage : 20/07/12

XIX

Tableau A12: Résultats des essais à la compression simple à 7 jours, 14 jours et 28 jours

N° repérage

Date des essais

Age Densité du

béton

Charge totale de

rupture [KN]

COMPRESSION

Résistance en MPa

Moyenne de la série

E1/1

E1/2

26/07/12 07 jours 2,39

2,36

450 470

26,50

25,50

26,00

E1/3

E1/4

03/08/12 14 Jours 2,30

2,29

650

600

32,50

30,0

31,30

E1/5

E1/6

08/08/12 28 jours 2,39

2,36

680

640

34,00

32,00

33,00

b. Pour les gravillons de fabrication artisanale 15/25 et 5/15 avec de sable de rivière de la

formule F2 et les résultats sont :

Type de béton : Béton ordinaire



Tableau A13: Résultats des essais à la compression simple à 7 jours, 14 jours et 28 jours

N° repérage

Date des essais

Age Densité

du béton

Charge totale de

rupture [KN]

COMPRESSION

Résistance en MPa


E2/1

E2/2

E2/3 10/0712 07 jours

2,34 2,37 2,29

605 630 500

30,25 31,50 25,00

29,90

E2/4

E2/5

17/0712 14 jours 2,33

2,34

700

750

35,00

37,50

36,25

E2/6

E2/7

01/08/12 28 jours 2,36

2,37

710

750

35,50

37,50

36,50

c. Pour les gravillons de fabrication artisanale 15/25, 5/15 et 3/8 avec de sable de rivière

de la formule F3 et les résultats sont :

XX

Type de béton : Béton témoin (B.O)



Tableau A14 : Résultats des essais à la compression simple à 7 jours, 14 jours et 28 jours

N° repérage

Date des essais

Age Densité

du béton

Charge totale de rupture

[KN]

COMPRESSION

Résistance en MPa


E3/1

E3/2 11/07/12 07 jours

2,50

2,50

520

550

25,90

27,40

26,70

E3/3

E3/4

18/07/12 14 jours 2,35

2,33

650

670

32,50

33,50

33,00

E3/5

E3/6

31/07/12 28 jours 2,38

2,37

640

750

35,00

37,50

36,30

d. Pour les gravillons de fabrication artisanale 5/15, 3/8 avec sable de rivière, mais sans

15/25de la formule F4 et les résultats sont :

Type de béton : Béton témoin (B.O)



Tableau A15:Résultats des essais à la compression simple à 7 jours, 14 jours et 28 jours

N° repérage

Date des essais

Age Densité

du béton

Charge totale de

rupture [KN]

COMPRESSION

Résistance en MPa


E4/1

E4/2

12/07/12 07 jours 2,32

2,29

420

430

21,00

21,50

21,25

E4/3

E4/4

19/07/12 14 Jours 2,37

2,36

590

590

29,50

29,50

29,50

E4/5

E4/6

03/08/12 28 jours 2,34

2,32

620

605

31,00

30,25

30,63

XXI

D. METHODE DE FORMULATION DES BAP.

a. Gravillons de fabrication artisanale : 15/25, 5/15 avec de sable de rivière et de

superplastifiant + ciment – BAP1





Les quantités des composants nécessaires pour fabriquer 6 éprouvettes de BAP1 avec une



C = 349, 74 X 0, 0464 = 16, 23 ℓ

S = 422, 83 X 0, 0464 = 19, 62ℓ

G5/15 = 565,515 X 0, 0464 = 26, 24 ℓ

G15/15 = 268, 08 X 0, 0464 = 12, 44 ℓ

Eau = 12,5 ℓ

b. Gravillons de fabrication artisanale : 5/15, 3/8 avec de sable de rivière + ciment +

eau, mais, sans superplastifiant – BAP2







Vcy= 6,44 ℓ, pour 06 cylindres, on obtient : 6,44 X 6 = 38,64 X 1,2 = 46,368 = 46,4 ℓ

Ciment = 350 X 0, 0464 = 16,24 kg

Eau = 200 X 0, 0464 = 9,28 kg

Sable = 806,82X 0, 0464 = 37,44 kg

XXII

G 3/8 = 403, 41 X 0, 0464 = 18, 72 kg

G 5/15 = 403, 41× 0, 0464= 18, 72 kg

Les nouvelles quantités des composants nécessaires pour fabriquer 6 éprouvettes, avec une


Ciment = 350 × 0,0464 = 16,24 kg

Eau = 215,52 × 0,0464 = 10 kg

Sable = 787,80 × 0,0464 = 36,55 kg

G3/8 = 393,90 × 0,0464 = 18,28 kg

G5/15 =393,9 × 0,0464 = 18,28 kg

c. Notes de calcul pour le BAP3



de 1,2 sont les suivantes pour le BAP3.


Ciment = 350X 0,0464 = 16,24kg

Eau = 200 X 0, 0464 = 9,28kg

Sable = 806,82 X 0,0464 = 37,44 kg

G 3/8 = 403, 41 X 0,0464 = 18,72 kg

G 5/15 = 403, 41× 0,0464= 18,72 kg


pondération de 1,2 sont les suivantes pour le BAP3.


Ciment = 350 × 0,0464 = 16,24 kg

Eau = 194 × 0,0464 = 9 kg

XXIII

Sable = 815 × 0,0464 = 37,85 kg

G3/8 = 407,50 × 0,0464 = 18,91 kg

G5/15 = 407,50 × 0,0464 = 18,91 kg

d. Gravillons de fabrication artisanale : 3/8, 5/15 et 15/25 avec de sable de rivière +

ciment + eau + superplastifiant 1% C – BAP4



Calcul de la proportion de chaque composant pour une gâchée:


de 1,2 sont les suivantes BAP4 : 02/08 /2012


Ciment = 350X 0, 0464 = 16,24kg

Eau = 200 X 0, 0464 = 9,28kg

Sable = 806,82 X 0, 0464 = 37,44 kg

G 3/8 = 242 X 0, 0464 = 11, 23 kg

G 5/15 = 322,73 × 0, 0464= 14,97 kg

G15/25 = 242 × 0,0464 = 11,23 kg

e. Gravillons concassés : 15/25 et 5/15 avec de sable de carrière 0/5 + ciment +

superplastifiant 1%C – BAP5







Ciment = 350X 0,0464 = 16,24kg

XXIV

Eau = 200 X 0,0464 = 9,28kg

Sable = 740, 81 X 0,0464 = 34,37kg

G 5/15 = 370,40× 0,0464 = 17, 19 kg

G15/25 = 370,40 × 0,0464 = 17, 19 kg

f. Gravillons de fabrication artisanale : 3/8 et 5/15 avec de sable de rivière + ciment +

superplastifiant 1%C + filler calcaire 2,5 %C- BAP6





de 1,2 sont les suivantes : 08/08/2012pour BAP6


Ciment = 350 X 0, 0464 = 16,24kg

Eau = 200 X 0, 0464 = 9,28kg

Sable = 806,82 X 0, 0464 = 37,44 kg

G 3/8 = 403, 41 X 0, 0464 = 18, 72 kg

G 5/15 = 403, 41× 0, 0464= 18, 72 kg

g. Gravillons de fabrication artisanale : 3/8, 5/15 et 15/25 avec de sable de rivière +

superplastifiant + Filler calcaire + ciment – BAP7







Ciment = 350X 0, 0464 = 16,24kg

Eau = 200 X 0, 0464 = 9,28kg

XXV

Sable = 806,82 X 0, 0464 = 37,44 kg

G 3/8 = 242 X 0, 0464 = 11, 23 kg

G 5/15 = 322,73 × 0, 0464= 14,97 kg

G15/25 = 242 × 0,0464 = 11,23 kg

h. Gravillons concassés : 5/15 et 15/25 avec de sable de carrière + superplastifiant +

Filler calcaire + ciment – BAP8







Ciment = 350X 0, 0464 = 16,24kg

Eau = 200 X 0, 0464 = 9,28kg

Sable = 806,82 X 0, 0464 = 37,44 kg

G 3/8 = 242 X 0, 0464 = 11, 23 kg

G 5/15 = 322,73 × 0, 0464= 14,97 kg

G15/25 = 242 × 0,0464 = 11,23 kg

i. Notes de calcul pour BAP9





Ciment = 350X 0, 0464 = 16,24kg

Eau = 200 X 0, 0464 = 9,28kg

Sable = 794, 63 X 0, 0464 = 36, 87 kg

XXVI

G 3/8 = 397, 32 X 0, 0464 = 18, 44 kg

G 5/15 = 397, 32 × 0, 0464= 18, 44 kg



Ciment = 350 × 0,0464 = 16,24 kg

Eau = 183 × 0,0464 = 8,5 kg

Sable= 816,17 × 0,0464 = 37,87 kg

G3/8 = 408 × 0,0464 = 18,93 kg

G5/15 = 408 × 0,0464 = 18,93 kg

XXVII

E. RESULTATS DES ESSAIS DU BAP A L’ETAT FRAIS ET DURCI

D’après l’AFGC, les analyses de comportement du BAP à l’état frais sont caractérisées par les

trois essais suivants, à savoir : essais sur cône d’Abrams, essais à la Boîte en L et essais à la

stabilité au tamis, pour chaque type de BAP.

1.1°) Résultats des Essais du BAP à l’état frais :

Type de béton : BAP1 à BAP6

Essais sur cône d’Abrams (étalement)

Tableau A16 : Résultats des essais d’étalement.

Echantillons E1 E2 E3 Emoy

Etalement (cm) 62 59 60,5 60,5

Essais à la Boîte en L :

Tableau A17 : Résultats des essais à la boite en L

Echantillons Hauteur H1 (cm) Hauteur H2 (cm) Capacité de remplissage (H2/H1)

E1 12 8 0,66

E2 9 7 0,77

E3 9,5 7,5 0,79

Capacité de remplissage moyenne (H2/H1) moy = 0,74

Stabilité au Tamis :

Tableau A18 : Résultats des essais à la stabilité de tamis

Echantillons

Poids

échantillon

(g)

Poids

tamis

(g)

Poids

fond

tamis (g)

Poids

laitance et

fond tamis

(g)

Laitance

(%)

Laitance

moyenne

(%)

E1 5000 834 715 2225 30 32

E2 5000 834 715 2437 34

Mode de calcul :

Laitance E1 = (2225-715)/5000 = 30 %

Laitance E2= (2437-715)/5000 = 34 %

Nb : Risque de ségrégation et ressuage du béton, c'est-à-dire, il n’y a pas de stabilité

XXVIII

1.2°) Résultats des essais du BAP à l’état durci :

Tableau A19 : Résultats des essais pour BAP1/1 à BAP1/5

N° repérage

Date des essais

Age Densité

du béton

Charge totale de

rupture en KN

COMPRESSION

Résistance en MPa


BAP1/1

BAP1/2

08/08/12

08/08/12

07 jours

2,21

2,19

380

360

19

18

18,5

BAP1/3 16/08/12 14 jours 2,15 490 24,5 24,5

BAP1/4

BAP1/5

23/08/12

23/08/12

28 jours

2,31

2,32

520

560

26

28

27



- Essais sur cône d’Abrams (étalement)


Echantillons E1 E2 E3

Etalement (cm) 57 60 60

- Essais à la Boîte en L



E1 9 7,5 0,83

E2 8,5 7 0,82

E3 8,5 7,5 0,88

- Stabilité au Tamis :


Echantillons

Poids

échantillon

(g)

Poids

tamis

(g)

Poids fond

tamis (g)

Poids

laitance et

fond tamis

(g)

Laitance

(%)

Laitance

moyenne

(%)

E1 5000 834 715 1599 17,6 15,45

E2 5000 834 715 1380 13,3

Laitance E1 = (1599 – 715)/5000 = 17,6 %

Laitance E2 = (1380 – 715)/5000 = 13,3 %

XXIX

2.2°) Résultats des essais sur les BAP à l’état durci.


Nombre et dimensions des éprouvettes : 06 éprouvettes cylindriques : 16×32



N° Repérage

Date des essais

Age Densité

du béton

Charge totale de rupture en KN

Compression

Résistance en MPa


BAP2/1

BAP2/2

10/08/12

07 jrs

2,27

2,33

350

370

17,5

18,5

18

BAP2/3

BAP2/4

16/08/12

14 jrs

2,16

2,15

450

470

22,5

23,5

23

BAP2/5

BAP2/6

27/08/12

28 jrs

2,29

2,27

490

510

24,5

25,5

23




Tableau A24: Résultats des essais d’étalement.






E1 9,8 8 0,82

E2 10 8,5 0,85

E3 9 7,5 0,83

XXX



Echantillons

Poids

échantillon

(g)

Poids

tamis

(g)

Poids fond

tamis (g)

Poids

laitance et

fond tamis

(g)

Laitance

(%)

Laitance

moyenne

(%)

E1 5032 834 715 1632 18,2

17,53 E2 5023 834 715 1539 16,4

E3 5000 834 715 1620 18

Laitance E1 = (1632-715)/5032 = 18, 2 %

Laitance E2 = (1539-715)/5023 = 16, 4 %

Laitance E3= (1620 – 715)/5000 = 18 %



Nombre et Date de malaxage : 01/08/12

Tableau A27 : Résultats des essais des BAP3/1 à BAP3/6

N° Repérage

Date des essais

Age Densité

du béton


Compression

Résistance en MPa


BAP3/1

BAP3/2

07/08/12

07 jrs

2,16

2,18

410

440

20,5

22

21,25

BAP3/3

BAP3/4

14/08/12

14 jrs

2,12

2,13

450

480

25

26

25,5

BAP3/5

BAP3/6

28/08/12

28 jrs

2,177

2,255

550

570

27,5

28,5

28

XXXI




Tableau A28: Résultats des essais d’étalement.






E1 9,5 8 0,84

E2 9,9 8 0,81

E3 9,6 7,8 0,81



Echantillons

Poids

échantillon

(g)

Poids

tamis

(g)

Poids fond

tamis (g)

Poids

laitance et

fond tamis

(g)

Laitance

(%)

Laitance

moyenne

(%)

E1 5024 834 715 1724 20

17,80 E2 5002 834 715 1668 19

E3 5000 834 715 1585 14,4

Laitance E1 = (1724 -715)/5024 = 20 %

Laitance E2 = (1668 -715)/5002 = 19 %

Laitance E3 = (1585 – 715)/5000 = 14,4 %

4.2°) Résultats des essais sur les BAP à l’état durci




XXXII


N° Repérage

Date des essais

Age Densité

du béton


Compression

Résistance en MPa


BAP4/1

BAP4/2

08/08/12

07 jrs

2,18

2,13

440

430

22

21,5

21,8

BAP4/3

BAP4/4

15/08/12

14 jrs

2,13

2,14

540

520

27

26

26,5

BAP4/5

BAP4/6

29/08/12

28 jrs

2,18

2,2

570

590

28,5

29,5

29



Essais sur cône d’Abrams (étalement)







E1 9,4 7,6 0,80

E2 10 8,5 0,85

E3 9,8 8,2 0,84



Echantillons

Poids

échantillon

(g)

Poids

tamis

(g)

Poids fond

tamis (g)

Poids

laitance et

fond tamis

(g)

Laitance

(%)

Laitance

moyenne

(%)

E1 5010 834 715 1312 11,9

15,80 E2 5014 834 715 1588 17,4

E3 5002 834 715 1618 18

XXXIII

Laitance = (1312-715)/5010 = 11,9 %

Laitance = (1588 -715)/5014 = 17,4%

Laitance = (1618 – 715)/5002 = 18 %






N° Repérage

Date des essais

Age Densité

du béton

Charge totale de

rupture en KN

Compression

Résistance en MPa


BAP5/1

BAP5/2

14/08/12

07 jrs

2,23

2,22

430

440

21,5

22 21,8

BAP5/3

BAP5/4

21/08/12

14 jrs

2,18

2,19

530

510

26,5

25,5 26

BAP5/5

BAP5/6

04/09/12

28 jrs

2,21

2,20

580

560

29

28 28,5








Tableau A37 :Résultats des essais à la boite en L


E1 11 9,1 0,83

E2 10 8,4 0,84

E3 9,8 8,3 0,85

XXXIV



Echantillons

Poids

échantillon

(g)

Poids

tamis

(g)

Poids fond

tamis (g)

Poids

laitance et

fond tamis

(g)

Laitance

(%)

Laitance

moyenne

(%)

E1 5006 834 715 1478 15,2

16,20 E2 5014 834 715 1581 17,3

E3 5002 834 715 1518 16

Laitance E1 = (1478 -715)/5006 = 15,2 %

Laitance E2 = (1581 -715)/5014 = 17,3 %

Laitance E3 = (1518 – 715)/5002 = 16 %






N° Repérage

Date des essais

Age Densité

du béton


Compression

Résistance en MPa


BAP6/1

BAP6/2

15/08/12

07 jrs

2,18

2,19

420

430

21

21,5

21,3

BAP6/3

BAP6/4

22/08/12

14 jrs

2,18

2,19

510

500

25,5

25

25,25

BAP6/5

BAP6/6

05/09/12

28 jrs

2,21

2,20

540

560

27

28

27,5

XXXV










E1 10 8,5 0,85

E2 9,7 7,8 0,80

E3 9,4 7,6 0,81



Echantillons

Poids

échantillon

(g)

Poids

tamis

(g)

Poids fond

tamis (g)

Poids

laitance et

fond tamis

(g)

Laitance

(%)

Laitance

moyenne

(%)

E1 5034 834 715 1524 16

17,43 E2 5008 834 715 1678 19

E3 5030 834 715 1585 17,30

Laitance = (1524 -715)/5034 = 16 %

Laitance = (1678 -715)/5008 = 19 %

Laitance = (1585 – 715)/5030 = 17,30%




XXXVI171



N° Repérage

Date des essais

Age Densité

du béton


en KN

Compression

Résistance en MPa


BAP7/1

BAP7/2

16/08/12

07 jrs

2,16

2,18

440

430

22

21,5

21,8

BAP7/3

BAP7/4

23/08/12

14 jrs

2,14

2,15

530

510

26,5

25,5

26

BAP7/5

BAP7/6

06/09/12

28 jrs

2,17

2,19

540

580

27

29

28






Etalement (cm) 60 60 61,5




E1 8,9 7,5 0,84

E2 9,6 7,7 0,80

E3 10 8,8 0,88

XXXVII



Echantillons

Poids

échantillon

(g)

Poids

tamis

(g)

Poids fond

tamis (g)

Poids

laitance et

fond tamis

(g)

Laitance

(%)

Laitance

moyenne

(%)

E1 5001 834 715 1433 14

16,4 E2 5006 834 715 1678 15,7

E3 5003 834 715 1696 19,6

Laitance = (1433 -715)/5001 = 14 %

Laitance = (1503 -715)/5006 = 15,7 %

Laitance = (1696 – 715)/5003 = 19,6 %






N° Repérage

Date des essais

Age Densité

du béton


en KN

Compression

Résistance en MPa


BAP8/1

BAP8/2

17/08/12

07 jrs

2,21

2,20

390

410

19,5

20,5

20

BAP8/3

BAP8/4

24/08/12

14 jrs

2,19

2,18

510

490

25,5

24,5

25

BAP8/5

BAP8/6

07/09/12

28 jrs

2,20

2,22

530

560

27,5

28

27,8

XXXVIII










E1 10 8,6 0,86

E2 9,7 8 0,82

E3 9,5 7,9 0,83



Echantillons

Poids

échantillon

(g)

Poids

tamis

(g)

Poids fond

tamis (g)

Poids

laitance et

fond tamis

(g)

Laitance

(%)

Laitance

moyenne

(%)

E1 5012 834 715 1500 15,7

16,32 E2 5018 834 715 1601 17,66

E3 5008 834 715 1498 15,6

Laitance = (1500 -715)/5012 = 15,7 %

Laitance = (1601 -715)/5018 = 17,66 %

Laitance = (1498 – 715)/5008 = 15,6 %





XXXIX


N° Repérage

Date des essais

Age Densité

du béton


Compression

Résistance en MPa


BAP9/1

BAP9/2

04/09/12

07 jrs

2,286

2,36

440

450

22

22,5

22,3

BAP9/3

BAP9/4

11/09/12

14 jrs

2,271

2,301

590

580

29,5

29

29,3

BAP9/5

BAP9/6

25/09/12

28 jrs

2,35

2,38

580

590

29

29,5

29,3

XL

F. DESCRIPTION SYNTHETIQUE D'UNE NORME RELATIVE AU BETON, AU MORTIER OU

AUX GRANULATS.

Il est à rappeler que l’origine de ces normes est belge, mais elles ont de références

européennes.

Tableau A52 : Liste des différentes normes Européennes

Indicatif NBN Titre en français Statut Langue Date de

publication

NBN EN 12390-2

Essai pour béton durci - Partie 2: Confection et conservation des éprouvettes pour essais de résistance

EN Français - Anglais 2009

NBN EN 12390-3

Essai pour béton durci - Partie

3:Résistance à la compression des éprouvettes

EN Français - Anglais 2009

NBN EN 12390-5

Essai pour béton durci - Partie 5: Résistance à la flexion sur éprouvettes EN

Français - Anglais 2009

NBN EN 12390-6

Essai pour béton durci - Partie 6: Résistance en traction par fendage d'éprouvettes

EN Français - Anglais

2010

NBN EN 12390-7

Essai pour béton durci - Partie 7: Masse volumique du béton durci EN Français

- Anglais 2009

NBN EN 12350-1

Essai pour béton frais - Partie 1: Echantillonnage

EN

Français - Anglais

- Néerland

ais

2009

NBN EN 12350-5

Essai pour béton frais - Partie 5: Essais d'étalement à la table à chocs


2009

NBN EN 12350-6

Essai pour béton frais - Partie 6: Masse volumique


2009

NBN EN 12350-8

Essai pour béton frais - Partie 8: Béton auto-plaçant - Essai d'étalement

EN

Français - Anglais

- Néerland

ais

2010

NBN EN 12350-9

Essai pour béton frais - Partie 9: Béton auto-plaçant - Temps d'écoulement de l'entonnoir

EN

Français - Anglais

- Néerland

ais

2010

NBN EN 12350-

10

Essai pour béton frais - Partie 10: Essai de blocage - Boîte en L

EN

Français

- Anglais -

Néerlandais

2010

NBN EN 1015-1

Méthodes d'essai des mortiers pour maçonnerie - Partie 1: Détermination de la répartition granulométrique (par

tamisage)

EN

Français -

Néerland

ais - Anglais

2007

A suivre

XLI

NBN EN 1015-2

Méthodes d'essai des mortiers pour maçonnerie - Partie 2: Echantillonnage global des mortiers et préparations des mortiers d'essai

EN

Français -

Néerlandais -

Anglais

2007

NBN EN 1015-6

Méthodes d'essai des mortiers pour maçonnerie - Partie 6: Détermination de la masse volumique apparente du mortier frais

EN

Français -

Néerlandais –

Anglais

2007

NBN EN 1015-10

Essais sur mortier de maçonnerie - Partie 10: Détermination de la masse volumique apparente sèche du mortier durci

EN Français -

Néerlandais -

Anglais

2007

NBN EN 933-1

Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulats - Partie 1: Détermination de la granularité - Analyse granulométrique par tamisage


2006

NBN EN 1097-1

Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques

des granulats - Partie 1: Détermination de la résistance à l'usure (micro-Deval)

EN Français -

Néerlandais -

Anglais

2011

NBN EN 1097-2

Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques des granulats - Partie 2: Méthodes pour la détermination de la résistance à la fragmentation

EN Français -

Néerlandais -

Anglais

2010

NBN EN 1097-3

Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques des granulats - Partie 3: Méthodes pour la détermination de la masse volumique en vrac et de la porosité inter granulaire

EN Français -

Néerlandais -

Anglais

1998

NBN EN

1097-4

Essais pour déterminer les

caractéristiques mécaniques et physiques des granulats - Partie 4: Détermination de la porosité du filler sec compacté

EN Français

- Néerland

ais - Anglais

2008

NBN EN 1097-6

Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques des granulats - Partie 6: Détermination de

la masse volumique réelle et de l'absorption d'eau

EN Français -

Néerland

ais - Anglais

2006

NBN EN 1097-7

Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques des granulats - Partie 7: Détermination de la masse volumique absolue du filler - Méthode du pycnomètre (2ème édition)

EN Français -

Néerlandais -

Anglais

2008

XLII

La première colonne donne l'indicatif du document tel qu'il apparaît dans la base de données (Site ou le catalogue du NBN).

La deuxième colonne reprend le titre en français de la norme.

La troisième colonne indique le statut de la norme en Belgique. Lorsqu'un document d'application national existe, il est mentionné par "EN + DAN".

La quatrième colonne indique dans quelles langues les documents publiés sont disponibles.

La cinquième colonne indique la date de publication de la norme par le NBN.

178

Table des matières

REMERCIEMENTS .................................................................................................... i

NOMENCLATURE .................................................................................................. iii

Liste des tableaux .................................................................................................. v

Liste des figures ................................................................................................... vii

Liste des photos .................................................................................................. viii

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

Partie I : CONTEXTE GENERAL ET METHODOLOGIE DE TRAVAIL ........................... 4

I. Contexte .......................................................................................................... 5

II. Méthodologie de travail ............................................................................... 6

II.1. Etudes préliminaires ..................................................................................................... 6

II.2. Enquêtes sur terrain. .................................................................................................... 7

II.3. Recherche en laboratoire ............................................................................................. 8

II.3.1. Caractérisation des matériaux de base .................................................................. 8

II.3.2. Essais sur le BAP à l’état frais *51+.......................................................................... 8

II.3.3. Mesure de la qualité mécanique du BAP à l’état durci ........................................... 8

II.4. Orientation de la recherche .......................................................................................... 8

II.4.1. Consistance principale de la recherche .................................................................. 8

II.4.2. Valorisation des matériaux de fabrication artisanale ............................................. 8

II.4.3. Vers la normalisation des matériaux de fabrication artisanale ............................... 9

II.4.4. Promotion des Petites et Moyennes Entreprises (PME) ....................................... 10

III. Origine des granulats pour béton .............................................................. 10

III.1. Les granulats artisanaux ............................................................................................. 10

III.2. Fabrication en centrale des granulats ......................................................................... 14

IV. Les quelques ouvrages réalisés avec des BAP à Madagascar. .................... 15

V. Conclusion .................................................................................................. 16

Partie II : APPROCHE THEORIQUE ........................................................................ 17

I. Synthèse bibliographique sur le concept des bétons .................................... 18

I.1. Constituants ............................................................................................................... 18

179

I.2. Fabrication ................................................................................................................. 19

I.3. Particularités du BAP .................................................................................................. 21

I.4. Mise en œuvre ........................................................................................................... 25

I.5. Impacts socio-économiques ....................................................................................... 26

I.6. Diverses appellations .................................................................................................. 27

I.7. Mécanisme d’action du superplastifiant et l’agent de viscosité .................................. 28

I.7.1. Le superplastifiant ............................................................................................... 28

I.7.2. L’agent de viscosité *52+. ..................................................................................... 31

I.7.3. Le couple superplastifiant et agent de viscosité. .................................................. 31

II. La formulation des bétons ......................................................................... 32

II.1. Formuler des bétons .................................................................................................. 32

II.2. Méthode DREUX-GORISSE .......................................................................................... 33

III. Revue bibliographique sur le concept du béton autoplaçant .................... 37

III.1. Monographie d’ouvrage en BAP *16+*29+*56+ ............................................................. 37

III.2. Les essais pour contrôler les Bétons Autoplaçants. ..................................................... 38

III.3. Les atouts des BAP pour la réalisation des parements. ............................................... 42

IV. Revue bibliographique sur les méthodes de formulation des BAP ............ 43

IV.1. Principes de Formulation ............................................................................................ 43

IV.2. Formulation par la méthode japonaise [18] [19] ......................................................... 43

IV.3. Méthodes basées sur l’optimisation des mortiers ...................................................... 45

IV.4. Méthode basée sur l’optimisation de pâte ................................................................. 45

IV.5. Méthode basée sur le volume minimal de pâte .......................................................... 46

IV.6. Méthodes basées sur l’optimisation du squelette granulaire ...................................... 48

IV.7. Méthode basée sur le plan d’expérience .................................................................... 49

IV.8. Méthode basée sur l’approche du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées LCPC

[51] 49

IV.9. Analyse de quelques approches ................................................................................. 51

IV.10. Conclusion .............................................................................................................. 52

IV.11. Remarque sur la formulation du Béton autoplaçant................................................ 52

IV.11.1. Granulométrie ............................................................................................... 54

IV.11.2. Optimisation du rapport G/S ......................................................................... 56

180

IV.11.3. Conclusion ..................................................................................................... 56

V. Fabrication, transport et mise en place des BAP. ...................................... 57

Partie III : ÉTUDES EXPERIMENTALES .................................................................. 58

I. Objectif de l’étude ......................................................................................... 59

I.1. Variables de l’étude .................................................................................................... 59

I.2. Les essais à réaliser..................................................................................................... 62

II. Procédure expérimentale ........................................................................... 63

II.1. Identification des matériaux ....................................................................................... 63

II.2. Échantillonnage .......................................................................................................... 64

II.3. Méthodes de caractérisation ...................................................................................... 65

II.3.1. Analyses granulométriques ................................................................................. 65

II.3.2. Module de finesse Mf .......................................................................................... 66

II.3.3. Détermination des masses volumiques et densités ............................................. 66

II.3.4. Essai d’Equivalent de sable .................................................................................. 68

II.3.5. Essai Los Angeles – Coefficient de Los Angeles. ................................................... 68

II.3.6. Détermination des coefficients d’aplatissement et volumétrique. ....................... 69

III. Caractéristiques des constituants .............................................................. 70

III.1. Le ciment.................................................................................................................... 70

III.2. Les sables ................................................................................................................... 70

III.2.1. Granularité des sables ......................................................................................... 70

III.2.2. Les autres caractéristiques de sables. .................................................................. 72

III.2.3. Etude comparative des sables ............................................................................. 73

III.3. Les gravillons .............................................................................................................. 74

III.3.1. Granularité des gravillons. ................................................................................... 74

III.3.2. Les autres caractéristiques des gravillons ............................................................ 78

III.4. Les ajouts ................................................................................................................... 79

III.4.1. Le superplastifiant ............................................................................................... 79

III.4.2. Le filler calcaire (Agent de viscosité) .................................................................... 80

III.4.3. L’eau de gâchage ................................................................................................. 80

IV. Formulation des bétons ordinaires témoins. ............................................ 81

IV.1. Application pratique de la méthode DREUX ................................................................ 81

181

IV.1.1. Composition pour chaque formulation ................................................................ 85

IV.1.2. Etude comparative des compositions .................................................................. 95

V. Formulation des bétons autoplaçants........................................................ 96

V.1. Formulation du BAP pour chaque type de composant ................................................ 96

V.1.1. Gravillons de fabrication artisanale : 5/15 et 15/25 avec du sable de rivière et du

superplastifiant + ciment - BAP1. ....................................................................................... 96

V.1.2. Gravillons de fabrication artisanale : 3/8 et 5/15 avec du sable de rivière + ciment

+ eau, mais, sans superplastifiant - BAP2 ........................................................................... 97

V.1.3. Gravillons de fabrication artisanale : 3/8 et 5/15 avec de sable de rivière + ciment

+ eau + superplastifiant – BAP3 ....................................................................................... 100

V.1.4. Gravillons de fabrication artisanale : 3/8, 5/15 et 15/25 avec du sable de rivière +

ciment + eau + superplastifiant 1% C – BAP4. .................................................................. 102

V.1.5. Gravillons concassés : 5/15 et 15/25 avec de sable de carrière 0/5 + ciment +

superplastifiant 1%C – BAP5. ........................................................................................... 103

V.1.6. Gravillons de fabrication artisanale : 3/8 et 5/15 avec du sable de rivière + ciment

+ superplastifiant 1%C + filler calcaire 2,5 %C – BAP6. ..................................................... 104

V.1.7. Gravillons de fabrication artisanale : 3/8, 5/15 et 15/25 avec de sable de rivière +

superplastifiant 1%C + Filler calcaire 2,5%C + ciment – BAP7 ........................................... 105

V.1.8. Gravillons concassés : 5/15 et 15/25 avec de sable de carrière + superplastifiant

1%C + Filler calcaire 2,5%C + ciment – BAP8. ................................................................... 106

V.1.9. Gravillons de fabrication artisanale : 3/8 et 5/15 avec de sable de rivière + ciment

+superplastifiant 2 %C + filler calcaire 2,5 %C – BAP9 ...................................................... 107

V.2. Etude comparative des différentes compositions ..................................................... 110

VI. Confection et conservation des éprouvettes ........................................... 111

VI.1. Préparation de la gâchée .......................................................................................... 111

VI.1.1. Béton ordinaire ................................................................................................. 111

VI.1.2. Béton autoplaçant ............................................................................................. 111

VI.2. Moulage et serrage .................................................................................................. 112

VI.2.1. Béton ordinaire ................................................................................................. 112

VI.2.2. Béton autoplaçant ............................................................................................. 113

VI.3. Conservation des éprouvettes .................................................................................. 113

VII. Essais de caractérisation à l’état frais ...................................................... 113

VII.1. Béton ordinaire ..................................................................................................... 113

182

VII.2. Béton autoplaçant ................................................................................................ 114

VII.2.1. Introduction ................................................................................................ 114

VII.2.2. Essais au cône d’Abrams .............................................................................. 115

VII.2.3. Essai de la boite en L .................................................................................... 115

VII.2.4. Essai de la stabilité au tamis ........................................................................ 116

VII.3. Résultats des essais à l’état frais des BAP .............................................................. 116

VII.3.1. Essais au cône d’Abrams .............................................................................. 116

VII.3.2. Essai de la boite en L .................................................................................... 117

VII.3.3. Essai de la stabilité au tamis ........................................................................ 117

VII.3.4. Récapitulation des résultats......................................................................... 117

VIII. Essais de compression à l’état durci de bétons témoins et des BAP..... 118

VIII.1. Mode opératoire................................................................................................... 118

VIII.2. Méthode concernant les essais à la compression des bétons ordinaires et des BAP

119

VIII.3. Essais de compression sur les bétons témoins ...................................................... 120

VIII.3.1. Résultats des essais sur béton ordinaire (B.O)............................................. 120

VIII.3.2. Moyennes des résultats pour les différentes formulations .......................... 120

VIII.3.3. Interprétation et discussion sur les B.O ....................................................... 121

VIII.3.4. Recommandations et conclusion partielle ................................................... 123

VIII.4. Essais de compression sur les BAP ........................................................................ 124

VIII.4.1. Résultats des essais à la compression pour les BAP à l’état durci ................. 124

VIII.4.2. Discussion et interprétation......................................................................... 125

CONCLUSION GENERALE.................................................................................... 128

Références bibliographiques Annexes

183

Les bétons autoplaçants : influences du type de granulat, d’adjuvant et d’ajout. Auteur : RAZAFINDRAVELO Hermann Adresse : Lot ITL 46 Tsarahonenana - Itaosy Téléphone : 033 01 162 68 / 034 10 338 63 Nombre de pages : 134

Nombre de tableaux : 67

Nombre de figures : 35

Nombre de photos : 26

Nombre d’annexes : 42

RESUME

La présente étude s’inscrit dans le cadre des travaux de

recherche menés au département Science des Matériaux et

Métallurgie de l’Ecole Supérieure Polytechnique

d’Antananarivo avec les appuis du Laboratoire du Génie Civil

de l’Institut Supérieur de Technologie d’Antananarivo (IST-T)

et du Laboratoire National des Travaux Publics et du

Bâtiment (LNTPB).

Elle concerne l’étude de l’influence de la nature des

granulats, des fines d’ajout et d’adjuvants sur la qualité du

béton. Elle a pour objectif de comprendre les rôles joués par

les différents constituants susceptibles d’entrer dans la

formulation des bétons et en particulier les bétons

autoplaçants (BAP) à base de matériaux locaux, notamment

les granulats concassés et de fabrication artisanale, le sable

de rivière ainsi que le sable de carrière et de mettre en

évidence les éventuelles interactions entre constituants.

Les méthodes de formulations adoptées sont la méthode

Dreux pour les bétons classiques et une méthode purement

expérimentale, répondant aux critères rhéologiques (bonne

fluidité, moins de ressuage, absence de ségrégation), pour

les bétons autoplaçants (BAP).

La rhéologie de la pâte des BAP est étudiée en fonction des

dosages du ciment, du super plastifiant, du filler calcaire et de

l’eau. Il s’agit donc de concilier deux propriétés qui semblent

contradictoires : la fluidité et la stabilité.

Dans le cadre de cette recherche, les objectifs à atteindre

sont :

- Dans l’immédiat, l’objectif concerne la maitrise de la

technique des BAP en tenant compte des qualités des

ressources locales disponibles ;

- Dans le moyen terme, l’objectif de développement

est de fournir aux acteurs du génie civil à Madagascar la

technique des BAP, en leur fournissant les avantages et les

précautions d’utilisation par rapport au contexte local.

Les résultats obtenus offrent de belles perspectives pour

optimiser les BAP, en mettant en exergue la qualité et la

performance des granulats artisanaux afin d’être utilisés dans

la confection des bétons. Si les bétons classiques sont

fréquemment fabriqués avec des granulats de concassage

5/15 et 15/25, la correction de leur granulométrie, en utilisant

des granulats artisanaux permet d’envisager une qualité

mécanique satisfaisante des BAP, par la substitution d’une

partie de 5/15 et 15/25 avec du 3/8 ou tout simplement en

n’utilisant que du 3/8 et 5/15 pour les bétons plus fluides ou

pour les ouvrages à forte densité de ferraillage.

Mots-clés : Béton autoplaçant, superplastifiant, filler calcaire,

matériaux locaux, béton frais, ouvrabilité, stabilité, rhéologie,

formulation, constituants, interactivité.

ABSTRACT

The present study is part of research conducted in the

Department of Materials Science and Metallurgy at the Higher

Polytechnic School of Antananarivo with the support of the

Laboratory of Civil Engineering of the Higher Institute of

Technology of Antananarivo and the National Laboratory of

Public Works and Building.

It concerns the study of the influence of the nature of the

aggregates, fines and additives added to the quality of

concrete. It aims to understand the roles played by the

various components may enter the formulation of concrete

and self-compacting concretes in particular (BAP) based on

local materials, such as crushed aggregate and

craftsmanship, river sand and sand quarry and highlight

possible interactions between components.

Methods adopted formulations are Dreux method for

conventional concretes and a purely experimental rheological

meet the criteria (good fluidity, less bleeding, no segregation),

for self-compacting concrete (SCC).

The rheology of the dough BAP is studied based assays

cement, super plasticizer, limestone filler and water. It is

therefore to reconcile two seemingly contradictory properties:

the fluidity and stability.

As part of this research, the objectives are:

- The immediate goal for the mastery of the art of BAP taking

into account the quality of locally available resources;

- In the medium term, the objective of development is to

provide players in civil engineering at the Technical

Madagascar BAP, providing the benefits and precautions for

use in the local context.

The results offer great opportunities to optimize BAP,

highlighting the quality and performance of aggregates craft

to be used in the manufacture of concrete. If conventional

concretes are frequently made with aggregate crushing 5/15

and 15/25, the correction of their size, using craft aggregates

can be considered satisfactory mechanical quality of BAP, the

substitution of a part of 5/15 and 15/25 with 3/8 or simply by

using only 3/8 and 5/15 for more fluid concretes or for works

with high density of reinforcement.

Keywords: Self-compacting concrete, superplasticizer,

limestone filler, local materials, fresh concrete workability,

stability, rheology, formulation components, interactivity.

Directeur de thèse: Professeur Gabriely RANAIVONIARIVO

Spécialité : Science des Matériaux

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