CH3 GRANULATS
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Matériaux de construction
CHAPITRE III
Les granulats III.1) Définition : On appelle granulats des matériaux pierreux de petites dimensions, produits par l’érosion ou le broyage mécanique (concassage) des roches. Ce sont des matériaux inertes entrant dans la composition des bétons et mortiers.
III.2) Classification des granulats selon la provenance : A) Granulats naturels : a) Granulats roulés : ils sont le résultats de la désagrégation des roches par l’eau, le vent ou le gel. Ainsi ils se sont formés des dépôts sédimentaires de grains de grosseur allant du sable fin aux gros blocs, de natures minéralogiques différentes. Trois catégories de granulats roulés existent dans la nature : -
Les granulats de rivière (d’oued).
-
Les granulats de mer.
-
Les granulats de dunes. N.B. : Les granulats roulés se caractérisent par leur aspect de grains arrondis et polis.
1
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Matériaux de construction
b) Granulats concassés (de carrières) carrières) : ils proviennent du concassage de roches dures (granits, porphyres, basaltes, calcaires durs…etc.). Ils sont caractérisés par un aspect anguleux à arrêtes vives.
B) Granulats artificiels : Ils proviennent de la transformation thermique des roches (exemple : laitier du haut fourneau) ou de démolition d’ouvrages.
III.3) Classification des granulats selon la grosseur : Selon leurs dimensions on distingue : les sables, les graviers, les cailloux, les galets et les moellons. La classification la plus courante est donnés ci-dessous. Sables
0,08 mm à 3 mm
Graviers
3 mm à 25 mm
Cailloux
25 mm à 80 mm
Galets et moellons Galets : pierres roulées.
>80 mm Moellons : pierres concassées.
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Matériaux de construction
III.4) Désignation des granulats : Les granulats sont souvent désignés en fonction de leur plus petite et leur plus grande dimension comme suit : Ganulat d/D
Ganulat d D
: sable ou gravier
: dimension minimale des grains : dimension maximale des grains
Avec une tolérance de 15% d’élément < d et 15% d’élément > D si D
>
1.58d
et une tolérance de 20% si
Exemples : granulats rencontrés en pratique : sable 0/3,
D
< 1.58d
gravier 3/8, gravier 8/15, gravier
15/25.
III.5) Analyse granulométrique d’un granulat : Elle consiste à séparer les grains composant un granulat en classes selon leurs dimensions à l’aide d’une série de tamis, puis déterminer les pourcentages en poids des différentes classes dans le granulat.
Illustration :
On considère un échantillon de poids de poids P d’un granulat. granulat. L’échantillon est mis dans le tamis supérieur d’une série de tamis classés par ordre décroissant selon la dimension des mailles ( du plus grand en haut au plus petit en bas). Après vibration de la série de tamis, les grains de l’échantillon l’échantillon se trouve séparés selon leurs dimensions et chaque tamis retient une partie dite Refus partiel du tamis. Le refus cumulé (total) (total) d’un tamis est la somme de tous les refus partiels des tamis qui se trouve au dessus.
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Matériaux de construction
La proportion (en %) du refus cumulé d’un tamis rapportée au poids total s’exprime : %Refus =
Poids _ Poids _ refus _ refus _ cumulé Poids _ Poids _ echantillon
x100 x100
Le complément à 100% du refus cumulé est le Tamisât du tamis en considération.
%Tamisât = 100% − %Refus La courbe granulométrique est la représentation graphique du %Tamisât en fonction de la dimension de la maille du tamis. Afin de prendre en compte la grande variation des dimensions des grains dans granulat, la dimension de la maille du tamis est représentée sur une échelle logarithmique. Ainsi la courbe granulométrique est : %Tamisât = f (log(d )), )), d
avec
: dimension de la maille du tamis.
Série de tamis utilisée dans l’essai granulométrique normalisé en (mm) :
0.08 ; 0.100 ; 0.125 ; 0.160 ; 0.200 ; 0.250 ; 0.315 ; 0.40 ; 0.50 ; 0.63 ; 0.80 ; 1.00 ; 1.25 ; 1.60 ; 2.00 ; 2.50 ; 3.15 ; 4.00 ; 5.00 ; 6.30 ; 8.00 ; 10.00 ; 12.50 ; 16.00 ; 20.00 ; 25.00 ; 31.50 ; 40.00 ; 50.00 ; 63.00 ; 80.00. Le choix des tamis à utiliser dépend des dimensions du granulat à essayer. Pour un sable par exemple, on peut prendre prendre la série : 0.08 ;…….. ; 5.00. Exemple de tracé d’une courbe granulométrique :
Soit à effectuer l’essai l’essai granulométrique sur un sable. Prenons un échantillon du sable pesant 1000 grs. Au regard des dimensions du sable on utilisera la série de tamis : 0.08 ; 0.125 ; 0.200 ; 0.315 ; 0.50 ; 0.80 ; 1.25 ; 2.00 ; 3.15 et 5.00mm. Les refus partiels dans les différents tamis sont donnés sur le tableau suivant. Tracer la courbe granulométrique du granulat. Tamis maille(mm) 5.00 3.15 2.00 1.25 0.80 0.50 0.315
Refus partiel (grs) 0 10 90 100 150 150 180
Refus cumulé (grs)
%Refus cumulé
%Tamisat
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Matériaux de construction
Tamisât % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Tamis
Quelques propriétés de la granulométrie tirées des courbes granulométriques :
Gravier, granulométrie serrée Granulométrie Etalée
Gravier, granulométrie discontnue
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Matériaux de construction
III.5)
Propriétés
importantes
des
granulats
intervenants
dans
la
composition des bétons : La composition d’un d’un béton est décrite par une formule montrant les quantités relatives des différents composants qui en interviennent. 3
Exemple : pour : pour 1 m de béton on prend : - 350 kg de ciment - 1100 kg de gravier - 550 kg de sable - 100 l d’eau Dans la recherche d’une formule pour béton, on doit tenir compte que : - Les granulats sont moins chers que les ciments (l es liants en général). - Les granulats sont souvent plus résistants que la pâte de ciment. - Les granulats (matériau inerte) augmentent la stabilité dimensionnelle du béton (retrait, ( retrait, fluage). Par conséquent, dans le composé béton, Il faut augmenter au maximum la quantité de granulats relativement à la quantité de ciment, en respectant toutefois les conditions suivantes: •
Les granulats doivent satisfaire à certaines exigences de qualité (résistance mécanique).
•
La quantité de pâte liante doit être suffisante pour lier tous les grains et remplir les vides.
•
Les granulats doivent contenir différentes dimensions afin de minimiser les vides intergranulaires. Toutefois il faut essayer d’augmenter la proportion des gros granulats pour minimiser la surface spécifique du mélange granulats et par conséquent utiliser le minimum de la quantité de ciment.
A) Courbe granulométrie : c’est l’outil de l’outil de base qui permet le choix de la composition d’un béton performant ayant les caractéristiques citées en haut.
B) Masse volumique volumique apparente : Les quantités des granulats intervenant dans une composition de béton, sont données en terme
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Matériaux de construction
En pratique dans la fabrication, on compose le béton très souvent en mesurant des volumes au lieux de masses (exemple : 1 brouette, 2 brouettes…etc). 2 brouettes…etc). Il Il est ainsi important de connaître la masse volumique apparente des granulats : M : masse d’un échantillon de granulat de volume apparent V apparent apparent
Remarque : Cette méthode de composition en volume présente des erreurs certaines à cause du foisonnement. En effet, La masse volumique apparente apparente peut changer changer beaucoup pour un même granulat en fonction de sa compacité (foisonnement).
C) Teneur en eau La teneur en eau d'un granulat est le rapport du poids d'eau contenu au poids des grains composant le granulat
Les granulats utilisés pour la confection du béton contiennent généralement une certaine quantité d'eau variable selon les conditions météorologiques. L'eau de gâchage réellement utilisée est par conséquent égale à la quantité d'eau théorique moins l'eau contenue dans les granulats. Il faut par conséquent disposer de moyens pour mesurer combien il y a d'eau dans les granulats.
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3.2 Coefficient d’Aplatissement selon la norme [EN 933-3] Selon leur origine, leur nature et leur le ur mode d'élaboration, les granulats peuvent avoir des formes sphériques, cubiques, nodulaires, plates ou allongées. Ces caractéristiques, ainsi que l'état de surface des grains influent : -
Sur l'aptitude à la mise en place du béton frais, sa tenue au démoulage immédiat et la résistance mécanique du béton durci,
-
à la compacité des remblais et couches de forme, à la rugosité des couches de roulement, l'adhérence avec les liants bitumineux , ...
La forme d'un granulat est définie par 3 dimensions principales : -
Longueur (L) : le plus grand écartement éc artement d'un couple de plans tange ta ngents nts parallèles,
-
Epaisseur (E) : le plus petit écartement d'un couple de plans tangents parallèles,
-
Grosseur(G) : dimension de la maille carrée minimale à travers laquelle passe l'élément.
Le coefficient d'aplatissement des granulats permet de caractériser la forme des granulats dont la dimension est comprise entre 4 et 80 mm et de suivre la régularité des fournitures de gravillons. Un gravillon de forme défavorable (plate ou allongée) présente un coefficient d'aplatissement élevé (20 à 40 %). Un gravillon de forme favorable (sphérique, cubique, nodulaire) présente
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Matériaux de construction
L’essai de référence européen pour déterminer l’aplatissement, ou la forme, des granulats est la mesure
du coefficient d’aplatissement. Il consiste
à séparer
par
tamisage
un
échantillon d /D de granulats en fractions élémentaires, puis à extraire dans chaque fraction les particules plates au moyen de grilles à fentes. Les fractions élémentaires di/Di sont obtenues en utilisant une série de tamis circulaires dont les dimensions des mailles vont de 4 à 80 mm Chaque fraction élémentaire d i/Di est ensuite tamisée au moyen d’une grille à fentes, dont les barreaux ont un écartement de Di/2. Si M 1 désigne désigne la masse initiale de l’échantillon et M 2 la masse cumulée de particules de chaque fraction élémentaire di/Di passant à travers la grille à fentes d’écartement Di/2, /2, le coefficient d’aplatissement FI est donné par l’équation suivante : suivante : FI (%) = 100 M 2/M 1
4. Caractéristiques physiques des granulats : 4.1 Masse volumique Apparente :
app
4.2 Masse volumique Absolue :
(Voir Chapitre 2)
s
(Voir Chapitre 2)
4.3 La porosité : n et la Compacité Compacité : C (Voir Chapitre 2) 4.4 L’indice de vides : e (Voir Chapitre 2)
4.5 La teneur en Eau : W (Voir Chapitre 2)
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Matériaux de construction
Le pourcentage des éléments de diamètre ≤ 0.5 mm recueillis par lavage du gravier dans un tamis de 0.5 mm L’essai d’équivalent de sable (NFP 18-597, NFP 18-598) : Les : Les essais d'équivalent de sable
permettent de mesurer la propreté de matériaux fins. Ils rendent compte de façon globale de la quantité d'éléments fins contenus dans les matériaux sans aucune distinction de nature. L'équivalent de sable est un rapport conventionnel volumétrique entre les grains fins et les autres. Il permet donc de caractériser l'importance des fines par une valeur numérique. L'essai d'équivalent de sable rend compte globalement de la quantité des éléments les plus fins contenus dans les granulats, en exprimant un rapport conventionnel volumétrique entre les éléments dits sableux et les éléments plus fins (argile par exemple). Les éléments sableux, éléments grenus et non floculables qui sédimentent dans le fond de l'éprouvette. Les éléments fins, éléments formant le floculat, qui restent en suspension dans la solution. L'équivalent de sable indique le degré de pollution des élé ments sableux des granulats. Parmi ses nombreux domaines d'application, les plus utilisés sont : -
choix et contrôle des sols utilisables en stabilisation mécanique,
-
choix et contrôle des sables à béton,
-
choix et contrôle des granulats pour les enrobés hydrocarbonés.
Plus l'équivalent de sable est élevé, moins le matériau contient d'éléments fins nuisibles. Il s'applique assez bien aux sols faiblement plastiques et peut s'appliquer à tous les matériaux grenus. Il s'effectue sur les fractions inférieures à 5 mm. Il existe 2 types de mesures en fonction du degré d'argilosité du matériau. En effet pour les sols par exemple, la mesure de la hauteur H'2 peut être délicate, on substitue à l'essai visuel, l'essai au piston.
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H 2
L’essai au bleu de méthylène (NFP 94-068, EN 933-9, NT 21-207) : permet d’évaluer
l’influence des fines d’origines argileuses (actives) dans un sable ou grave d’origine naturelle ou artificielle. Il permet de quantifier de manière sûre et simple la propreté des granulats. L'essai au bleu de méthylène est pratiqué sur la fraction granulaire 0/2 mm des sables courants ou sur les fillers (0/0.125 mm) contenus dans un sable fillerisé, un gravillon ou un tout venant Il a pour but de révéler la présence de fines de nature argileuse et d'en déterminer la concentration. Il est généralement effectué après un essai de propreté des sables ou des gravillons lorsque le résultat ré sultat de celui-ci est inférieur aux spécifications exigées. On tamise par voie humide une masse M h (de teneur en eau W) de façon à avoir une masse de filler ( (
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