CONTRIBUTION A L’ETUDE DU BETON DE SABLE - APPLICATIONS

UUNNIIVVEERRSSIITTEE DD’’AANNTTAANNAANNAARRIIVVOO

EECCOOLLEE SSUUPPEERRIIEEUURREE PPOOLLYYTTEECCHHNNIIQQUUEE DD’’AANNTTAANNAANNAARRIIVVOO

DDEEPPAARRTTEEMMEENNTT SSCCIIEENNCCEESS DDEESS MMAATTEERRIIAAUUXX

MMEEMMOOIIRREE DDEE FFIINN DD’’EETTUUDDEE EENN VVUUEE DDEE LL’’OOBBTTEENNTTIIOONN DDUU DDIIPPLLOOMMEE DD’’EETTUUDDEESS AAPPPPRROOFFOONNDDIIEESS ((DD..EE..AA)) OOppttiioonn :: SScciieenncceess ddeess MMaattéérriiaauuxx

CCOONNTTRRIIBBUUTTIIOONN AA LL’’EETTUUDDEE DDUU BBEETTOONN DDEE SSAABBLLEE -- AAPPPPLLIICCAATTIIOONNSS

Présenté par : RAKOTONIAINA Volasolo

Promotion 2006

UUNNIIVVEERRSSIITTEE DD’’AANNTTAANNAANNAARRIIVVOO

EECCOOLLEE SSUUPPEERRIIEEUURREE PPOOLLYYTTEECCHHNNIIQQUUEE DD’’AANNTTAANNAANNAARRIIVVOO

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CCOONNTTRRIIBBUUTTIIOONN AA LL’’EETTUUDDEE DDUU BBEETTOONN DDEE SSAABBLLEE --

AAPPPPLLIICCAATTIIOONNSS Date de Soutenance : 03 Aout 2007 Présenté par : RAKOTONIAINA Volasolo MEMBRE DE JURY :

Président : Monsieur RAMANANTSIZEHENA Pascal, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo.

Membres du Jury : Docteur RANARIVELO Michel, Chef de Département Sciences des Matériaux et

Métallurgie ;

Professeur ANDRIANARY Philippe, Chef de Département Génie Chimique ;

Docteur RANDRIANARIVELO Fréderic, enseignant du Département Sciences des Matériaux et Métallurgie.

Rapporteur : Professeur RANAIVONIARIVO Gabriely, Responsable de la formation en 3ème cycle dans le Département Sciences des Matériaux

RREEMMEERRCCIIEEMMEENNTTSS

Ce mémoire n’a pas pu voir le jour sans l’aide et la collaboration de plusieurs personnes à

qui nous adressons nos vifs et sincères remerciements. En particulier, nous adressons notre

profonde reconnaissance à :

• Monsieur RAMANANTSIZEHENA Pascal, Directeur de l’Ecole Supérieure

Polytechnique d’Antananarivo qui a accepté de présider ce mémoire et qui a donné son aval

quant à la tenue de cette soutenance ;

• Les honorables Membres du Jury :

- Docteur RANARIVELO Michel, Chef de Département Sciences des Matériaux et

Métallurgie ;

- Professeur ANDRIANARY Philippe, Chef de Département Génie Chimique ;

- Docteur RANDRIANARIVELO Fréderic, Enseignant du Département Sciences

des Matériaux et Métallurgie ;

qui malgré leurs responsabilités, ont bien voulu accepter d’examiner ce mémoire ;

• Monsieur RANAIVONIARIVO Gabriely, Professeur à l’Ecole Supérieure

Polytechnique d’Antananarivo, responsable de la formation en 3ème cycle dans le Département

Sciences des Matériaux et Rapporteur du présent mémoire. Il nous a suggéré ce sujet de

mémoire et, de sa large compréhension, il a consacré son précieux temps à diriger nos travaux.

Nous sommes reconnaissants de sa haute directive du présent ouvrage

• Tous les Enseignants de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo qui ont

contribué à notre formation qualifiante ;

• Toute ma famille ;

• Tous ceux qui ont contribué de près et de loin dans la réalisation de ce mémoire.

Sur ce merci !

SSoommmmaaiirree

REMERCIEMENT

SOMMAIRE LISTE DES TABLEAUX LISTE DES FIGURES LISTE DES ABREVIATIONS IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN GGEENNEERRAALLEE

PPaarrttiiee :: II EETTUUDDEE BBIIBBLLIIOOGGRRAAPPHHIIQQUUEE

IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN

A – QUELQUES NOTIONS SUR LE BETON

CHAPITRE I / GENERALITES

CHAPITRE II / LES DIFFERENTES CARACTERISTIQUES DU BETON

CHAPITRE III / DIFFERENTS TYPES DE BETONS ET UTILISATIONS - ADDITIFS

CHAPITRE IV / FORMULATION DU BETON

B / BÉTON DE SABLE

CHAPITRE V / GENERALITES

CHAPITRE VII / PRATIQUES D’UTILISATION DES BETONS DE SABLE

CCOONNCCLLUUSSIIOONN

Partie : II ETUDE EXPERIMENTALE - APPLICATIONS


CHAPITRE VIII / DESCRIPTION ET CARACTERISATION DES ESSAIS

CHAPITRE IX / METHODES DE FORMULATION DES BÉTONS DE SABLE

CHAPITRE X / ESSAI DE FABRICATION DE BETON DE SABLE

CHAPITRE XI / AVANTAGES ET LIMITE D’EMPLOI DES BETONS DE SABLE

CCOONNCCLLUUSSIIOONN GENERALE

BBIIBBLLIIOOGGRRAAPPHHIIEE

ANNEXES

LLIISSTTEE DDEESS TTAABBLLEEAAUUXX

Tableau n° 01 : Les cinq types de ciment de la norme européenne.

Tableau n° 02 : Les différents types de ciment selon la norme NF EN 197-1

Tableau n° 03 : Exigences sur les caractéristiques physiques et chimiques du ciment selon

la norme NF P 15 301

Tableau n° 04 : Valeur de A / (A+C) de la norme XP P 18-305

Tableau n° 05 : Impuretés admissibles dans l'eau de gâchage

Tableau n° 06 : Liste des principaux adjuvants

Tableau n° 07 : Utilisations des adjuvants

Tableau n°08 : Valeur de k en fonction de la nature du ciment

Tableau n° 09 : Dosage minimal en ciment

Tableau n° 10 : facteurs de résistance et d'ouvrabilité

Tableau n° 11 : Affaissement au cône d'Abrams (selon NFP 18 451)

Tableau n° 12 : Valeur du coefficient granulaire G avec vibration

Tableau n° 13 : Correction en pourcentage sur le dosage en eau en fonction de la

dimension maximale D des granulats

Tableau n° 14 : Teneur en eau approximative des granulats courants en litres pour un

mètre cube de matériau (en volume apparent)

Tableau n° 15 : Propretés du sable à l'aide de l'équivalent de sable

Tableau n° 16 : Valeur du terme correcteur K en fonction du dosage en ciment, de la

puissance de la vibration et de l'angularité des granulats

Tableau n° 17 : Valeur du coefficient de compacité

Tableau n° 18 : Le dosage minimum en ciment en fonction du diamètre (D) du granulat

employé

Tableau n° 19 : Caractéristiques de l'eau exigés selon la norme NFP 18 303

Tableau n° 20 : Interpretation vis-à-vis des moyens de mise en place

Tableau n° 21 : Classes de résistance des bétons routiers, selon la norme NF P 981 70.

Tableau n° 22 : Temps de vibration pour la mise en place du béton

Tableau n° 23 : Résultat d’analyse granulométrique du sable de rivière 1

Tableau n° 24 : Résultat d’analyse granulométrique du sable de rivière 2

Tableau n° 25 : Résultat d’analyse granulométrique du sable de carrière

Tableau n° 26 : Résultat d’analyse granulométrique du sable de dunes

Tableau n° 27 : Caracteristique du ciment utilisé

Tableau n° 28 : Caracteristique de l’eau

Tableau n° 29 : Caracteristiques des fines d’ajout

Tableau n° 30 : Caracteristiques des adjuvants

Tableau n° 31 : Résultats des essais avec sable de rivière 1

Tableau n° 32 : Résultats des essais avec sable de rivière 2

Tableau n° 33 : Résultats des essais avec sable de carrière

Tableau n° 34 : Résultats des essais avec sable de dunes

Tableau n° 35 : Les valeur de Filler/C correspondant à la valeur de RC28 maximum

Tableau n° 36 : Exemple calcul de la quantité de sable

Tableau n° 37 : Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de rivière 1

Tableau n° 38 : Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de rivière 2

Tableau n° 39 : Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de carrière.

Tableau n° 40 : Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de dunes.

Tableau n° 41 : Exemple de calcul n° 1, résultats du modèle Alizé

Tableau n° 42 : Exemple de calcul n°2, résultats du modèle Alizé

LLIISSTTEE DDEESS FFIIGGUURREESS

Figure n° 01 : Influence du dosage et l'âge du béton sur la résistance à la compression

Figure n° 02 : procédures de formulation de béton

Figure n° 03 : Abaque permettant d'évaluer approximativement le dosage en ciment à prévoir en fonction du rapport C/E et de l'ouvrabilité désirée (affaissement au cône).

Figure n° 04 : Variation de la correction en eau si la dimension maximale des granula est différente de 25mm

Figure n° 05 : Fuseaux proposés pour la granularité des sables à béton

Figure n° 06: Analyse granulométrique Norme NFP 18-304

Figure n° 07 : Proportion du gravillon dans le béton

Figure n° 08 : Influence de la nature du sable sur la maniabilité (avec fines d’addition calcaires)

Figure n°0 9 : Effets du dosage et de la finesse de d’addition sur la résistance

Figure n° 10 : Influence de la nature de l’addition sur le niveau de résistance

Figure n° 11 : Effets de la granularité sur la résistance

Figure n° 12 : Variation de l’adherence d’une armature en fonction de la formulation

Figure n° 13 : Influence de la résistance en traction du béton de sable sur l’adhérence des armatures

Figure n° 14 : Courbe de fatigue

Figure n° 15 : Retrait d’auto-dessiccation

Figure n° 16 : Retrait total

Figure n° 17 : Fluage d’auto-dessiccation

Figure n° 18 : Fluage total

Figure n° 19 : Courbe d’analyse granulométrique sable de rivière 1

Figure n° 20 : Courbe d’analyse granulométrique sable de rivière 2

Figure n° 21 : Courbe d’analyse granulométrique sable de carrière

Figure n° 22 : Courbe d’analyse granulométrique sable de dune

Figure n° 23 : Iinfluence du diamètre D du sable sur le dosage en fines

Figure n° 24 : Influence de la dimension d sur la porosité minimale du béton pour deux tailles D du sable

Figure n° 25 : Rélation entre ouvrabilité et le dosage (e+v) d’une matrice pour une mise en œuvre donnée

Figure n° 26 : Coefficient d’activité du filler calcaire (modèle)

Figure n° 27: Etape de calcul de la formulation du béton de sable

Figure n° 28: Caractérisation des matériaux utilisés

Figure n° 29: Choix de l’action à effectuer

Figure n° 30: Presentation des résultats sous forme tabulaire

Figure n° 31: Détermination des composition à partir du RC28

Figure n° 32: Détermination des composition à partir du RC28

Figure n° 33: Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de rivière 1

Figure n° 34: Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de rivière 2

Figure n° 35: Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de carrière

Figure n° 36: Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de dunes

Figure n° 37: Courbes de RC28 en fonction de filler/C pour le sable de rivière 1

Figure n° 38: Courbes de RC28 en fonction de filler/C pour le sable de rivière 2

Figure n° 39: Courbes de RC28 en fonction de filler/C pour le sable de carrière

Figure n° 40: Courbes de RC28 en fonction de filler/C pour le sable de dune

Figure n° 41: Courbes de RC28 en fonction du dosage C pour le sable de rivière 1


Figure n° 43: Courbes de RC28 en fonction du dosage C pour le sable de carrière

Figure n° 44: Courbes de RC28 en fonction du dosage C pour le sable de dune

Figure n° 45: Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de rivière 1

Figure n° 46: Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de rivière 2

Figure n° 47: Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de carrière

Figure n° 48: Courbes de K en fonction du rapport Fil/C pour le sable de dunes

LLIISSTTEE DDEESS AABBRREEVVIIAATTIIOONNSS

A Poids de l'addition utilisée. A1 Affaissement au cône b Pente de la courbure de la fatigue BAC Béton armé continu BBTM Dalle épaisse de béton de sable goujonnée ou armée, revêtue d'un béton

bitumineux très mince BB Béton Bitumineux BS Béton de sable c Volume de ciment C Poids de ciment CPA, C' Liant équivalent CHF Ciment de haut Fourneau CLC Ciment aux cendres volantes CLK Ciment de Laitier au Clinker CPA Ciment portland Artificiel CPJ Ciment portland jumelé CPZ Ciment portland pouzzolane CV Dosage en cendres volantes dabs Densité absolue dapp Densités apparente E Module d’élasticité f Finesse Blaine FS CBR Filler silicieux cendre de balle de riz FC Cipolin Filler calcaire comme Cipolin FIL Dosage en filler calcaire FS Dosage en fumée de silice G Coefficient granulaire FCE Classe vraie du ciment à 28 jours en Mpa d Dimension du tamis retenant 90% du granulat d1 la plus grande des passoires, sur laquelle on recueille les plus gros éléments [mm] d2 Passoire immédiatement inférieure (mm] D Dimension du tamis retenant 10 % du granulat D1 Fumée de silice e Volumes d’eau eex Quantité excédentaire d'eau ft Résistance en fendage à 28j g- G Augmentation de la grosseur des grains de valeur g à la valeur G j jour kc Coefficient de calage kd Coefficient de discontinuité kr Coefficient de risque ks Coefficient de portance kt Coefficient de thermique k1 Coefficient de prise en compte utilisé, k2 Coefficient dépendant de la nature du ciment et du mode de serrage selon la

formule de Feret

Constante donnée en fonction de la nature du ciment et de l'âge du béton selon la formule de Bolomey

k4 Caractérisent la nature ou l'énergie du liant à un âge déterminé

Introduction générale béton de sable

2007

DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx 1

IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN GGEENNEERRAALLEE

Introduction générale béton de sable

2007


Les infrastructures constituent non seulement un indicateur permettant d’évaluer le niveau

de développement d’un pays mais surtout une base de ce développement lui-même. Leur efficacité

réside en pratique dans leur durabilité qui est essentiellement assurée par celle du béton. Ce

dernier est constitué de plusieurs éléments à savoir le gravillon, le sable, le ciment, l’adjuvant,

etc.Le gravillon joue un rôle essentiel du point de vue dureté. Pourtant, une contrainte en matière

d’utilisation de cet élément est due au fait qu’il n’est disponible que dans certaines régions alors

que le sable est en abondance dans la nature.

Face à telle situation, l’étude du béton de sable a été menée dans le but de rendre possible

l’utilisation de béton sans gravillon, sans pour autant perdre les performances techniques

essentielles. Telle technicité a fait l’objet de nombreuses études, en particulier, en France et au

Canada. A Madagascar, elle présente un intérêt économique important en résolvant, à titre

d’exemple, le problème d’absence des gravillons dans les zones côtières. Ainsi, on assiste à une

valorisation des ressources en sable assez abondantes dans nombreuses zones de la Grande île.

Etant donné les intérêts indubitables qu’apporte le béton de sable, une étude sur ses

applications est à promouvoir chez nous. Aussi, serions-nous amenés à axer notre thème de

mémoire sur la « Contribution à l’étude du béton de sable – applications ». L’objectif consiste

donc à renforcer l’étude de béton de sable en nous inspirant des formules existantes pour assurer la

durabilité de l’ouvrage.

Pour atteindre cet objectif, notre plan sera divisé en deux parties. La première partie sera

consacrée à l’Etude bibliographique. On entamera dans la deuxième partie l’Etude expérimentale

et les applications.

Etude experimentale - Applications béton de sable

2007

DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx

Partie : I ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

PPaarrttiiee :: II EETTUUDDEE BBIIBBLLIIOOGGRRAAPPHHIIQQUUEE

Etude bibliographique béton de sable 2007



L’idée à l’origine de la création du béton de sable actuelle a été développé depuis

longtemps. En effet, ses ancêtres ont vu le jour il y a un siècle et demi. Cependant, la modélisation

de calcul, contenu dans nombreux ouvrages, ne cesse d’être améliorée. Afin de pouvoir bien

développer l’étude de béton de sable, il faut se rendre compte de ces ouvrages existants. C’est

ainsi que nous abordons notre recherche à l’étude bibliographique.

Nombreuses sont les études faites et les documents déjà élaborés en matière de béton de

sable et le présent ouvrage tâche de réunir tous ces renseignements en dispersion. Or, le béton de

sable n’est autre qu’une famille de béton classique, il convient, ainsi, d’examiner en premier lieu

les compositions minéralogiques, les différentes caractéristiques, les types existants et la méthode

de formulation du béton classique. Après, nous allons voir ce qui est du béton de sable, une

section qui aborde des études sur des généralités.

.



A – QUELQUES NOTIONS SUR LE BETON


II // DDééffiinniittiioonn

On traite ici comme béton tout aggloméré composé de granulats, de nature et de

dimensions quelconques, et d'un liant durcissant avec l'eau par cristallisation physico-chimique et

éventuellement d'adjuvant. Les granulats constituent l'ossature du matériau; l'eau et le liant se

combinent pour constituer une sorte de colle qui réunit entre eux les granulats. Selon la nature des

granulats utilisés on distingue : le béton cyclopéen (avec les moellons), le béton de cailloux (gros

béton), le béton de gravillons (petit béton) et le béton de sable, mortier avec les sables fins ou gros

suivant l'emploi.

On dit que le béton est plein lorsque le mortier remplit exactement les vides entre les

éléments gros, mais il est dit creux ou maigre si le mortier est insuffisant pour remplir les vides.

Un béton binaire est un béton fabriqué avec deux composants inertes, tels que sable et

gravier par exemple, et ternaire s'il est composé de trois granulats comme sable, gravier et

gravillons.

IIII // HHiissttoorriiqquuee

Le béton avait pris ses pas après le mortier. Il est à noter que le mortier serait très ancien,

citant les colonnes d'Egypte, en pierre artificielle qui date de 3600 ans avant notre ère. Les plus

anciens mortiers reconnus sont ceux des maçonneries de remplissage, des pyramides et ceux des

citernes et de tombeaux étrusques.

Ce sont les Romains qui développèrent l'art des mortiers de chaux grasses, en y associant

la pouzzolane (cendre du Vésuve à Pouzzoles) pour la prise hydraulique et qui en fixèrent la

technique. Dans cette période, du règne de la chaux grasse, à durcissement trop lent pour

permettre la tenue du béton en élévation, il ne fut employé que pour les aires (routes, dallages,

planchers...) et les fondations.

Vicat obtint systématiquement les chaux hydrauliques en 1818 en partant de calcaires

argileux. Le ciment ne fut utilisé qu'à partir du milieu du XIXème siècle pour les bétons en




élévation.

Coignet exécuta, en l847, le premier immeuble en béton coffré, puis des pièces moulées et

en 1852 un plancher avec poutrelles en fer et en béton coulé (terrasse à Saint- Denis).

Le béton armé de fers ronds apparut en 1848, avec le bateau Lambot, Le béton armé s'est

étendu ensuite à toutes les constructions portantes chargées. Entre 1930 et 1950, on construit les

premières réalisations en béton précontraint. Ce nouvel essor est apporté par Eugène

FREYSSINET.

Les premières études systématiques sur les bétons eurent lieu en France et sont dues aux

Ingénieurs des Ponts et Chaussées.

Les travaux de R.Féret sont considérables. En 55ans, il donne près de 200 publications

sur les liants, les mortiers, les bétons, mais son étude de 1892. Complétée par celle de

1896 et qui n'a pas de correspondance nulle part, était déjà déterminante pour la

découverte des lois du béton.

En 1925 Bolomey propose une loi continue qui reprend celle de Ful1er sur la

granulométrie et composition.

Le Clerc du Sablon en 1927 a fait une étude de résistance liée à la compacité du béton.

En 1937, A.Caquot met en évidence l'effet de paroi des moules.

En 1940, R.Valette a fait une étude de la résistance des bétons en fonction du rapport

gravier / sable.

En 1942, Faury donna une étude générale du béton et proposa une nouvelle

granulation type, variante assouplie des granulations continues antérieures

Actuellement, les recherches et les études sur les bétons ne cessent d'évoluer, dans le but

d'améliorer leurs performances et aussi pour les rendre plus économique

IIIIII // LLeess ccoonnssttiittuuaannttss dduu bbééttoonn

Nous avons indiqué que le béton s'obtient en mélangeant de liant, des granulats, de l'eau et

d'adjuvant. Chaque constituant joue un très grand rôle dans la fabrication du béton et ses

caractéristiques influent sur les propriétés et la destination du matériau.

III – 1 / Liants



Les liants hydrauliques sont constitués par les ciments et les chaux hydrauliques.

Aujourd'hui, l'emploi de la chaux existe encore mais son emploi se substitue considérablement à

l'utilisation du ciment faute de sa prise trop lente et sa faible résistance Dans cette étude nous ne

considérons que les ciments.

On distingue deux sortes de ciments :

o Les ciments proprement dits;

o Les ciments équivalents.

IIIIII--11--11// LLeess cciimmeennttss

• Définition

Les ciments sont des liants hydrauliques fabriqués à partir :

o Du clinker qui est obtenu par cuisson, jusqu'à fusion partielle, d'un mélange dosé et

homogénéisé comprenant essentiellement de la chaux, de la silice, de l'alumine et l'oxyde

de fer;

o Du laitier qui est obtenu par refroidissement brusque de la scorie en fusion

provenant des hauts fourneaux;

o De la pouzzolane ou des cendres volantes en provenance des centrales thermiques;

o Des fillers qui sont obtenus par broyage de roches de qualités convenables et qui,

par leur granularité, agissent sur certaines qualités des ciments (maniabilité,...).

• Normalisation et classification

• Les ciments et la normalisation

Plusieurs normes sont utilisées, pour la normalisation des ciments. Madagascar, les normes

en vigueur et utilisées par les laboratoires de contrôle sont celles publiées par l’AFNOR.

La norme de référence des ciments courants est la norme européenne EN 197-1 publée par

AFNOR sous la référence NF EN 197-1, est subdivisée en trois rubriques:

- une première partie descriptive qui définit les constituants du ciment et délimite les

différents types de ciments;

- une deuxième partie qui fixe les classes de résistance, les spécifications mécaniques et

physico-chimiques;

- une troisième partie consacrée aux critères de conformité, les procédures de leur



vérification et les seuils de garantie.

Dans la norme NF EN 197-1, les ciments courants sont subdivisés en cinq types selon la

nature et la proportion des constituants.

Tableau n°01 : Les cinq types de ciment de la norme européenne.

Type Désignation

Ciment Portland CEM I

Ciments Portland composés CEM II / A ou B

Ciment de haut fourneau CEM III / A,B ou C

Ciment pouzzolaniques CEM IV / A ou B

Ciments composés CEM V / A ou B

• Les ciments de la norme NF EN 197-1 (ciments courants)

Les ciments de la norme NF EN 197-1 sont définis comme ciments courants, à l’instar des

autres ciments plus spécifiques, dans la composition, la fabrication et/ou l’utilisation. Le tableau

suivant donne une description détaillée des différents types de ciments courants.



Tableau n°02 Les différents types de ciment selon la norme NF EN 197-1

Notation composition (en % en masse) Constituants Constituants Type

Dénomination Symbole (2) Clinker principaux secondaires

CEM I Ciment Portland CEM I 95 - 100 0 0 - 5 CEM II/A - S 80 - 94 6 - 20 0 - 5

Ciment Portland au laitier CEM II/B - S 65 - 79 21 - 35 0 - 5

Ciment Portland à la fumée de silice (3) CEM II/A – D1 90 - 94 6 - 10 0 - 5

CEM II/A - P 80 - 94 6 - 20 0 - 5 CEM II/B - P 65 - 79 21 - 35 0 - 5 CEM II/A - Q 80 - 94 6 - 20 0 - 5

Ciment Portland à la pozzolane

CEM II/B - Q 65 - 79 21 - 35 0 - 5 CEM II/A - V 80 - 94 6 - 20 0 - 5 CEM II/B - V 65 - 79 21 - 35 0 - 5 CEM II/A - W 80 - 94 6 - 20 0 - 5

Ciment Portland aux cendres volantes

CEM II/B - W 65 - 79 21 - 35 0 - 5 CEM II/A – T’ 80 - 94 6 - 20 0 - 5 Ciment Portland

au schiste calciné CEM II/B – T’ 65 - 79 21 - 35 0 - 5 CEM II/A - L 80 - 94 6 - 20 0 - 5 CEM II/B - L 65 - 79 21 - 35 0 - 5

CEM II/A - LL 80 - 94 6 - 20 0 - 5 Ciment Portland

au calcaire

CEM II/B - LL 65 - 79 21 - 35 0 - 5 CEM II/A - M 80 - 94 6 - 20 0 - 5

CEM II

Ciment Portland composé (4) (5) CEM II/B - M 65 - 79 21 - 35 0 - 5

CEM III/A 35 - 64 36 - 65 0 - 5 CEM III/B 20 - 34 66 - 80 0 - 5 CEM III ciment de haut

fourneau (6) CEM III/C 5 - 19 81 - 95 0 - 5 CEM IV/A 65 - 90 11 - 35 0 - 5

CEM IV Ciment pouzzolaniques (5) (7) CEM IV/B 45 - 64 36 - 55 0 - 5

CEM V/A 40 - 64 36 - 60 0 - 5 CEM V Ciment composé (5)

CEM V/B 20 - 39 61 - 80 0 - 5

(1) : Les valeurs données se réfèrent à la somme des constituants principaux et secondaires.

(2) : Signification des lettres :

� Quantité des constituants principaux (autres que le clinker) :

o A : 6 à 20 %



o B : 21 à 35 %

o C : 36 à 65 %

� Nombre : la lettre M pour signaler qu'on a au moins 2 constituants principaux

� Noms :

o S : laitier de haut fourneau

o D1 : fumée de silice

o P : pouzzolane naturelle

o Q : pouzzolane naturelle calcinée

o V : cendres volantes siliceuses

o W : cendres volantes calciques

o T’ : schiste calciné

o L ou LL : calcaire

(3) : La proportion de fumée de silice est limitée à 10 %

4) : Présence de plusieurs constituants principaux à différentes proportions

(5) : Les constituants principaux doivent figurer dans la désignation du ciment

(Symboles entre parenthèses)

(6) : Le laitier de haut fourneau est le seul principal ajout au clinker pour ce type de

ciments

(7) : Les principaux ajouts sont de la fumée de silice, de la pouzzolane naturelle et des

cendres volantes (D, P ou Q et V ou W)

Pour bénéficier pleinement de l’activité hydraulique des fines d'addition, on privilégiera

souvent les CPA par rapport aux CPJ.



Tableau n°03 Exigences sur les caractéristiques physiques et chimiques du ciment selon la norme NF P 15 301

PROPRIETES TYPE DE CIMENT

CLASSE DE RESISTANCE

EXIGENCES (%)

CPA CHF Perte au feu CLK

Toutes classes 5,0

Oxyde de magnésium CPA Toutes classes 5,0

CPA CHF Résidu insoluble CLK

Toutes classes 5,0

35 CPA 35R CPJ 45

< 3,5

CPZ 45R CLC 55

55R

Sulfates (SO3)

CHF Toutes classes

< 4,0

Toutes classes sauf 55R < 0,10 Chlorure Tous types 55 < 0,05

IIIIII--11--22// LLee lliiaanntt ééqquuiivvaalleenntt

Le liant équivalent est constitué de ciment CPA et d'une addition normalisée venant en

substitution partielle du ciment (cendre volante, addition calcaire, laitier vitrifié moulu de haut

fourneau, filler siliceux ou fumée de silice).

La norme XPP 18 305 définit précisément le liant équivalent et les conditions d'emploi des

additions par :

o un rapport maximal addition / addition + ciment CPA qui dépend de la nature

de l'addition et de la classe de l'environnement ;

o un coefficient K de prise en compte des additions, spécifique à leur nature ;

o le liant équivalent C'est ainsi définit par la relation : C’ = C + k1 A ; [1]

o La hauteur maximale d'addition prise en compte dans le liant équivalent est fixé

par A / (A+C) ;

Avec ,



k1= coefficient de prise en compte utilisé,

A = poids de l'addition utilisée.

Selon les types d'additions utilisées dans le béton, le rapport A/ (A+C) doit être inférieur

ou égal à une valeur bien définie : Tableau n° 04 Valeur de A / (A+C) de la norme XP P 18-305

0,30 Laitier vitrifié moulu

0,30 Cendres volantes

0,25 Additions calcaires

0,10 Fumées de silice

0,10 fillers siliceux

IIIIII--11--33// PPrroopprriiééttééss

La finesse de mouture d'un ciment est caractérisée par sa surface spécifique ou surface

développée totale des grains contenus dans une masse donnée. Cette finesse, mesurée

conventionnellement selon la norme NF P-15-442, est exprimée en cm2/g. En générale, elle est de

2700 à 3500cm2/g (surface spécifique Blaine).

La masse volumique des ciments est, en générale de 800 à 1200kg/m3 et la masse

volumique réelle varie en générale de 2900 à 3200kg/m3, soit en moyenne une densité absolue de

3,1 généralement admise.

III-2/ Granulats

IIIIII--22--11// DDééffiinniittiioonn

Les granulats sont des débris rocheux de diamètre compris entre 0 et 125mm. Ils peuvent

provenir de la carrière ou extraits du lit de rivières. Ils constituent le squelette du béton. Selon les

formulations retenues, ils forment de 70 à 90 % en masse de un mètre cube de béton.

IIIIII--22--22// CCllaassssiiffiiccaattiioonnss

On distingue plusieurs types de granulats, selon la norme XP P 18 – 540 : En fonction de leur origine :

o Granulats naturels, issus de roches meubles ou massives et qui ne subissent

aucun traitement autre que mécanique.



o Granulats artificiels, provenant de la transformation thermique et mécanique de

roches ou de minérales. Granulats recyclés, granulats qui proviennent de la démolition d'ouvrages

ou qui sont réutilisés.

En fonction de leur masse volumique réelle (MVR) :

o - Granulats courants, granulats dont la MVR est comprise entre 2 et 3 t/m3;

o - Granulats légers, granulats dont la MVR est inférieure à 2 t/m3;

o - Granulats lourds, granulats dont la MVR est supérieure à 3 t/m3. En fonction de leur coupure granulométrique :

o Filler, 0 / D avec D < lmm et au moins 70% passant à 0,063 mm;

o Sablon, 0 / D avec D < 2mm et au moins 70% passant à 0,063 mm;

o Sable, 0 / D avec l < D < 6,3 mm;

o Gravillon, d / D avec d > lmm et D < 125mm.

IIIIII--22--33// PPrroopprriiééttééss

Les granulats employés pour la confection des bétons doivent satisfaire à un certain

nombre de conditions visant particulièrement :

Les caractéristiques physiques et chimiques de leur roche d'origine : ils doivent provenir

des roches inertes, c'est à dire sans action sur le ciment et inaltérable à l'air et à l'eau. Ils ne doivent

pas contenir d'impuretés nuisibles aux propriétés essentielles du béton ou susceptibles d'altérer les

armatures et les autres matériaux.

Ce sont notamment :

o le charbon et ses résidus ;

o les matières organiques, même en très petite quantité, peuvent nuire au

durcissement du béton, car les acides formés par la décomposition des déchets végétaux se

combinent aux sels alcalins du ciment ;

o les matières solubles ainsi que le limon, la vase, l'argile et de façon générale,

les matières extra-fines qui, par brassage de l'agrégat sous l'eau, troublent le liquide, ne

sont tolérées qu'en faible proportion.

o Les sulfures et les sulfates notamment le gypse et l'anhydrite. La forme des éléments des granulats joue aussi un rôle essentiel sur les propriétés du béton.

Les sables et graviers les meilleurs, à ce point de vue, sont ceux dont la forme des grains diffère le



moins de la sphère s'ils sont arrondis, ou du cube s'ils sont anguleux.

Les matériaux contenant des plaquettes ou des aiguilles sont défectueux; les granulats qui

contiennent une forte proportion de ces grains de mauvaise forme doivent être rebutés.

Les granulats comprennent les sables et les pierrailles

IIIIII--22--44// SSaabblleess

Le sable est constitué par des grains provenant de la désagrégation des roches; la grosseur

de ces grains est généralement inférieure à 6 mm.

Le poids du mètre cube de sable est d'environ 1600kg.

Le sable utilisé doit être propre; en particulier, il ne doit comporter ni terre, ni matières

organiques, ni argile (fines).

On classe les sables en trois catégories :

• les fins, dont la grosseur des éléments est comprise entre 0 et 0,5 mm;

• les moyens, dont les éléments sont compris entre 0,5 mm et 2mm;

• les gros, dont les éléments sont compris entre 2 mm et 5 mm.

La composition du sable au point de vue de la grosseur des grains a une importance

considérable sur la qualité du béton obtenu.

IIIIII--22--55// PPiieerrrraaiilllleess

Les pierrailles sont constituées par des fragments de roches dont la grosseur est

généralement comprise entre 5 et 25 mm. Elles peuvent être extraites du lit des rivières (matériaux

roulés) ou obtenues par concassage de roches dures (matériaux concassés). Les roches constituant

les pierrailles doivent être dures, propres. Le poids de un mètre cube de pierrailles est d'environ

1400 kg.

III-3 / Eau

La quantité d'eau employée pour le gâchage du béton est toujours supérieure à celle

nécessaire pour l'hydratation du ciment. La quantité d'eau de gâchage introduite dans la

composition du béton influe, d'une part sur la qualité du béton, et d'autre part sur la facilité de mise

en œuvre. L'eau entrant dans la composition du béton doit être pure, sans acide, ni alcali. L'eau de

mer doit être à éviter dans toute la mesure du possible.

La normalisation officielle prescrit que les eaux employées pour le gâchage des bétons, ne



doivent pas contenir des matières en suspension, ni être chargées de sels dissous au-delà de

certaines proportions :

Tableau n° 05 Impuretés admissibles dans l'eau de gâchage

Impuretés Qualité du béton

En suspension Dissoute Pour les bétons de

qualités 2 g / L 15g/L

Autres bétons 5 g / L 30g/L

III-4/ Les adjuvants

IIIIII--44--11// DDééffiinniittiioonn

Les adjuvants sont des produits chimiques «purs » ou des mélanges de produits organiques

ou minéraux qui sont généralement incorporés aux bétons lors du malaxage ou lors de la mise en

œuvre. Leur efficacité est liée à l'homogénéité de leur répartition dans la masse du béton.

L'utilisateur peut être amené à utiliser simultanément plusieurs adjuvants ayant des fonctions

différentes, soit pour obtenir des effets conjoints, soit pour corriger des effets secondaires non

recherchés ou amplifier l'une des fonctions principales.

L'efficacité et les effets secondaires de chaque adjuvant peuvent varier en fonction de son

dosage dans le béton et les divers composants de celui-ci, en particulier du ciment. Pour

l'interaction adjuvant-adjuvant, l'employeur doit s'assurer que les adjuvants utilisés sont

compatibles entre eux, et qu'ils sont de même marque.

IIIIII--44--22// FFoonnccttiioonnss ddeess aaddjjuuvvaannttss

• Fonction principale

Chaque adjuvant est définit par une fonction principale et une seule, caractérisée par la ou

les modifications majeures qu'il apporte aux propriétés des bétons et (ou) mortiers et (ou) coulis, à

l'état frais ou durci. L'efficacité de la fonction principale de chaque adjuvant peut varier en

fonction de son dosage et des matériaux utilisés.

• Fonction secondaire

Un adjuvant peut également présenter accessoirement une ou plusieurs fonctions



secondaires s'étendant au même domaine. Les fonctions secondaires sont également caractérisées

par une efficacité qui est le plus souvent indépendante de celle de la fonction principale.

• Effets secondaires

L'emploi d'un adjuvant peut entraîner des conséquences dites effets secondaires qui sans

être recherchés n'en sont pas moins inévitables.

IIIIII 44--33// LLeess ddiifffféérreennttss ttyyppeess dd''aaddjjuuvvaannttss

On distingue :

• Les plastifiants réducteurs dʹeau :

De leur rôle double, ils permettent à la fois d'offrir au béton une consistance humide et la

possibilité de réduire la quantité d'eau, la résistance du béton durci peut ainsi être notablement

augmentée. Ils se caractérisent souvent par un effet secondaire « retardateur de prise » marqué

lorsqu'on les utilise à un dosage élevé.

• Superplastifiants hautement réducteurs dʹeau :

Leur mode d'action est similaire à celui des plastifiants mais il se produit avec une intensité

bien importante.

• Rétenteurs dʹeau;

Ils ont pour fonction principale de réduire la tendance au ressuage des bétons. Ils sont

utilisés pour améliorer la cohésion des bétons fluides dont le sable manque d'éléments fins ou à

faible dosage en ciment.

• Entraîneurs dʹair

Les entraîneurs d'air permettent une diminution du dosage en eau à maniabilité équivalente

mais les résistances mécaniques sont cependant affaiblies et d'autant plus qu'elles sont plus

élevées. Ils améliorent aussi la plasticité et l'ouvrabilité du béton. y Accélérateurs de prise et de

durcissement : Ils augmentent la vitesse d'hydratation du ciment donc permettent sa prise rapide.

Ils sont utilisés souvent pour les bétonnages par temps froid ou pour les travaux urgents. Les

résistances peuvent être légèrement diminuées



• Retardateurs :

Ils agissent chimiquement comme les accélérateurs en retardant plus ou moins longtemps

l'hydratation du ciment. Ils prolongent la durée de vie du béton frais

• Hydrofuges :

Ce sont des adjuvants qui, introduits dans la masse du béton, ont pour fonction principale

d'en diminuer l'absorption capillaire. Ils ne sont vraiment efficaces que si le béton est bien

compact et homogène et que toutes les précautions sont prises afin d'éviter la formation des

fissures.

IIIIII--44--44 // LLeess pprriinncciippaauuxx aaddjjuuvvaannttss

Tableau n° 06 Liste des principaux adjuvants

Adjuvants Nature

• Sucres et gluconates • Acides citriques et tartriques Retardateurs • Oxyde de zinc, les phosphates

Accélérateurs

De prise : Alcalis, carbonates et sulfate de soude ou de potasse De durcissement : Chlorure et carbonate

Plastifiant réducteur d'eau Lignosulfonates

• Résine vinsol Entraîneurs • Aryl alkyl sulfonates • Résine mélanine sulfonces • Naphtalene- sulfonates Superplastifiant • Vinyl sulfonate

Rétenteurs d'eau • Methyl cellulose ( methocel)



IIIIII--44--55 // UUttiilliissaattiioonnss

Tableau n° 07 Utilisations des adjuvants Adjuvants Utilisation

• Nécessité d'une bonne ouvrabilité • Préfabrication Superplastifiants • Bétons à hautes résistances • Transport pneumatique du béton • Béton coulé sous l'eau • Béton maigre : blancs, blocs • Béton routier • Sable manquant de fines • Béton très ferraillé

Plastifiants

• Injection (coulis et mortiers) • Décoffrage rapide • Temps froid - préfabrication • Travaux d'étanchement, cachetage, Accélérateurs • Réparation rapide, pistes d’aérodrome, routes, scellement • Temps chaud • Injection à grande profondeur (élévation de température) Voile d'étanchéité • Transport de béton sur longue distance • Reprise de bétonnage – confection de béton avec granulats apparents (parements lavés) • Parois moulées dans le sol

Retardateurs

• Coulage en contenu Route, barrage, ponts - travaux Ouvrages exposés à l'action des eaux agressives Entraîneurs d'air Bétons extrudés




II // CCaarraaccttéérriissttiiqquueess pphhyyssiiqquueess

I-1 / Masse volumique

La masse volumique des bétons est comprise entre 2000 et 2400 kg/m3. Cette masse

volumique peut augmenter suivant les modalités de mise en œuvre et, avec une forte vibration, elle

peut atteindre jusqu'à 2500 - 2800kg/m3

I-2 / Coefficient de dilatation

Ce coefficient varie avec le dosage en ciment, il est d'autant plus grand que le dosage est

plus élevé; sa valeur moyenne qui vaut environ 10-5 est voisine de celle relative à l'acier. Le

coefficient de dilatation thermique du béton dépend de sa composition et de la température.

Il est compris, pour des températures normales, entre 9 et 12 10-6

I-3 / Les retraits

II--33--11 // RReettrraaiitt hhyyggrroommééttrriiqquuee

Le retrait est la diminution de longueur ou de volume du béton au cours du temps. Mais

lorsqu'il est conservé dans l'eau, le retrait devient presque nul, et on a même constaté parfois des

augmentations de volume. Il est de l'ordre de 0,20 à 0,40% .

Ce retrait dépend :

o De la composition du béton (dosage du ciment, quantité d'eau de gâchage);

o État hygrométrique du milieu ambiant (humidité, température ambiante);

o De la géométrie de la pièce.

Le retrait hygrométrique peut engendrer des fissurations au niveau de la pièce en béton.

Pour cela, considérons les types de retrait suivant :

o Le retrait d'autodissociation ou retrait endogène;

o Le retrait plastique;

o Le retrait thermique.




II--33--22// RReettrraaiitt ssoouuss cchhaarrggee oouu fflluuaaggee

On a constaté que le retrait était plus important lorsque le béton était conservé en étant

soumis à une compression. Il existe donc un retrait sous charge, ou fluage, qui vient s'ajouter au

retrait hygrométrique.

L'intensité du fluage dépend de nombreux facteurs :

o Composition du béton;

o Géométrie de la pièce;

o Humidité et température ambiante;

o Age du béton lors de l'application de la charge,

o Mode et niveau de sollicitation.

IIII // LLeess ccaarraaccttéérriissttiiqquueess mmééccaanniiqquueess

Les caractéristiques mécaniques du béton sont déterminées surtout par leurs résistances

mécaniques. Le béton est défini par ses résistances à la compression et à la traction à 28 jours

d'âges. Comme les roches naturelles, il possède une grande résistance à la compression et une

faible résistance à la traction.

II-1/ Résistance à la compression Rc

La résistance à la compression du béton reste, du point de vue de l'ingénieur, la propriété la

plus important du matériau. Différentes formules de résistances à la compression existent aussi

mais les formules de Féret et Bolomey présentent l'avantage d'être générales, et s'appliquent aux

bétons qui ne sont pas pleins. L'évaluation des caractéristiques d'un béton à l'aide d'une formule de

résistance suppose la connaissance exacte de ses coefficients et nécessite pour cela des mesures

préalables délicates. Les résultats obtenus sont toujours très approximatifs.

Par ailleurs, les valeurs de la résistance à la compression s'obtiennent aussi en écrasant,

entre les plateaux d'une presse hydraulique, des éprouvettes (cubique, cylindrique ou prismatique

selon la norme adoptée par chaque pays) de béton d'âge donné et conservées dans des conditions

fixées

Connaissant la résistance à la compression à 28 jours d'âge, on peut déterminer celle à j

jours d'âge :



[2]

Il y a une relation entre la composition du béton et la résistance à la compression. D'où la

relation fondamentale qui lie la résistance à la compression Rc d'un béton aux volumes absolus de

ciment c, d'eau e et des vides v contenus dans un mètre cube de béton durci.

IIII--11--11// FFoorrmmuullee ddee FFéérreett

k2, coefficient dépendant de la nature du ciment et du mode de serrage. Pour un serrage

moyen et du ciment type CPA k 500.

Où c, e et v sont les volumes de ciment, eau et d'air occlus

Si v est négligeable :

Où , E, C sont respectivement la masse volumique du ciment, les masses d'eau et

de ciment par unité de volume.

Si nous désignons par : C le poids du ciment, E le volume de l'eau de gâchage , V le

volume des vides, alors pour 1 m3 de béton :

o C = c x 3,10 (3,10 étant le poids spécifique des grains de ciment)

o E = e

o V = v

[4]

[5]

[3]



On a alors :

IIII--11--22 // FFoorrmmuullee ddee BBoolloommeeyy

D'après BOLOMEY:

Pour béton plein et

Pour béton présentant des vides

La valeur de est donnée en fonction de la nature du ciment et de l'âge du béton:

Tableau n° 08 Valeur de k en fonction de la nature du ciment

Age du béton (jours) Nature de ciment 7 28 90

CPA 125 190 230

Ciment au laitier 90 150 200

IIII--11--33// FFaacctteeuurrss iinnfflluuaanntt llaa rrééssiissttaannccee dduu bbééttoonn

La résistance du béton à la rupture à la compression varie avec :

• Dosage minimal en ciment :

Les dosages minimaux en ciment indiqués dans la norme P 18 011 sur la classification des

environnements sont fixés à :

[8], pour environnement d'agressivité moyenne et béton armé dans un

environnement sans agressivité;

[9], pour environnement d'agressivité très forte et béton armé dans un

environnement d'agressivité sévère et pour béton précontraint

Les valeurs de quelques dosages minimaux en ciment sont données dans le Tableau n°9 qui

[6]

[7]



suit :

Tableau n° 09 Dosage minimal en ciment

D en mm 5 6,3 8 10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100

5

700cD

≥

500 480 460 440 420 400 385 370 350 335 320 305 290 280

5

600cD

≥

435 415 395 378 362 345 330 315 300 288 275 262 250 240

5

500cD

≥

362 345 330 314 301 287 274 263 250 239 228 218 208 200

• Lʹâge du béton :

le graphe suivant montre la variation de la résistance à la compression en fonction de l'âge pour un

dosage donné :

Figure n°01 Influence du dosage et l'âge du béton sur la résistance à la compression

• Lʹeau de gâchage et porosité:

Si e est dans la formule de Féret la quantité totale d'eau, eh serait la quantité nécessaire à

l'hydratation du ciment. Il y aura en effet une quantité excédentaire d'eau eex telle que :

qui est à l'origine de vides qui s'ajoutent aux vides physiques de volume v en constituant la

porosité du béton (eex = e - eh)

ex he e e= − [10]



Ainsi, pour un dosage donné de ciment, la résistance est d'autant plus grande que la

porosité du béton est plus faible

• Rapport E/C (OU C/E) :

La quantité d'eau de gâchage du béton est caractérisée par le rapport E/C qui indique le

poids de l'eau par rapport à celui du ciment. Il faut réduire autant que possible cette valeur car elle

a une influence négative sur la résistance à la compression : plus E/C augmente plus cette

résistance diminue.

• La compacité :

Par une action mécanique de serrage et de compactage du béton frais en œuvre, on pourra

diminuer le degré de vide. Ainsi, plus le béton est compact plus on améliore sa performance.

• Utilisation des adjuvants et additifs :

L'utilisation des adjuvants fait réduire la quantité d'eau employée, ce qui implique la

diminution de la valeur E/C et donne une bonne résistance à la compression.

• La température et lʹhumidité :

La chaleur accélère la prise et le durcissement du béton alors que le froid allonge la durée

de prise et peut même l'arrêter complètement. Le degré de l'humidité du milieu de conservation a

une influence importante sur la résistance du béton.

II-2 / Résistance à la traction Rt

La résistance à la traction du béton est beaucoup plus faible que sa résistance à la

compression. Féret a établi que la résistance à la flexion et à la traction varie comme , à une

constante près :

Dans cette formule, est un nombre négatif, k4 caractérisent la nature ou l'énergie du

liant à un âge déterminé, pour des conditions données de conservation du béton. Mais on peut

mesurer la résistance à la traction du béton directement, sur des éprouvettes prismatiques. La

résistance à la traction varie avec les mêmes facteurs et dans le même sens que la résistance à la

compression

[11]



IIIIII// AAuuttrreess ccaarraaccttéérriissttiiqquueess

III-1/ La consistance - ouvrabilité

Elle dépend en général de la quantité d'eau de gâchage. Elle caractérise aussi le béton frais

et son ouvrabilité. Un dosage en eau suffisante est un facteur d'ouvrabilité; cependant il ne faut en

jouer qu'avec discernement, car son augmentation entraîne une baisse des qualités intrinsèques du

béton. En effet, on peut avoir recours à des adjuvants plastifiants ou superplastifiants qui

permettent d'augmenter les qualités de plasticité, fluidité et ouvrabilité tout en diminuant le dosage

en eau, ce qui entraîne alors une amélioration de la résistance. La consistance du béton frais peut

être évaluée avec la méthode d'affaissement au cône d'Abrams (ou Slump Test), ou par le test

C.E.S.

III-2 / La compacité

L'importance de la compacité, est capitale, du point de vue non seulement des résistances

mécaniques, mais aussi de toutes les propriétés du béton.

Il est reconnu que le retrait dépend non seulement de la quantité du ciment, de son dosage,

de l'état hygroscopique de l'air et de la température, mais aussi, et surtout, de la compacité du

béton.

La contraction du matériau durcissant à l'air diminue très rapidement, toutes choses égales

d'ailleurs, à mesure que sa compacité augmente. Le module d'élasticité du béton, c'est-à-dire sa

rigidité, croît très sensiblement dans les mêmes conditions. Toute augmentation de la compacité a

pour conséquence également de diminuer l'amplitude des déformations lentes du béton sous

charges et d'atténuer très sensiblement les risques de fissuration des pièces armées, fléchies ou

étirées.

La résistance du béton aux intempéries et à l'action des eaux agressives croît également

avec la compacité; si l'on veut éviter la désagrégation du béton, il convient, avant tout, de lui

composer une ossature inerte aussi compacte que possible. La perméabilité aussi est liée

également à la compacité. En résumé, toutes les qualités essentielles du béton varient dans le

même sens que sa compacité

III-3/ Influence de la dimension des granulats



Nous savons que le béton tire du granulat une part de sa résistance et plus particulièrement

du gros granulat. Il est donc nécessaire d'employer des granulats de qualité et de dimension

maximale, celle-ci devant rester compatible avec une facilité de mise en oeuvre.

D'une part, considérons la surface spécifique d'un granulat, cette surface qui consomme de

la «colle » (liant), décroît rapidement en fonction de la grosseur des grains. Donc, le dosage en

ciment est d'autant plus élevé que les grains seront plus fins; mais l'augmentation du dosage en

ciment accentue le phénomène de retrait.

D'autre part, une augmentation de la grosseur des grains de valeur g à la valeur G entraîne

une réduction de l'intensité de fluage dans la proportion :

Par Exemple : si G = 2g, le fluage est diminué de 11%

III-4/ Effet de paroi

On appelle « effet de paroi » la plus ou moins grande difficulté qu'il y a à bien remplir un

moule dans lequel les surfaces en contact avec le béton (coffrage, armatures, gaines...) sont plus

ou moins importantes par rapport au volume.

Le béton se serre mal au voisinage des surfaces rigides (armature et paroi des moules).

Pour un moule donné, l'effet de paroi est caractérisé par le rapport D/r où D est le diamètre

maximal des grains ; r le rayon moyen des moules avec :

Détermination de D

Où :

d1 : la plus grande des passoires, sur laquelle on recueille les plus gros éléments [mm]

d2 : la passoire immédiatement inférieure (mm]

x : la proportion des grains retenus sur d1

y : la proportion retenue sur d2

Choix de r

[12]

[13]



Pour le calcul de r, le volume de la macle à considérer est celui de ses parties les plus

ferraillées (et non pas de celui de la pièce entière).

Choix de D en fonction de r Dans la pratique, on choisit D de telle sorte que : 0,8 < (D / r) < 1 (ce qui correspond à

utiliser des graviers dont 20mm < D < 25 mm.

III-5/ Effet de « poisson »

En compression, comme en traction, la déformation longitudinale (dans le sens de l'effort)

est accompagnée d'une déformation transversale; le coefficient de Poisson est le rapport entre la

déformation transversale et la déformation longitudinale en valeurs relatives. Sa valeur varie de

0,15 à 0,30; il est d'autant plus élevé que le béton est jeune ou moins résistant. On le prend en

général égale à 0,20 (sauf cas particuliers).

III-6 / Le ressuage

Le ressuage correspond à l'exsudation superficielle d'une partie de l'eau de gâchage à la

surface supérieure du béton frais.

Le béton se tassera d'autant plus rapidement et d'autant plus en valeur absolue que :

o la durée de vibration est importante;

o la profondeur du béton frais est plus grande;

o la durée avant prise est importante.

III-7 / Corrosion du béton

La corrosion du béton est sa désagrégation due par divers facteurs autant internes

qu'externes du béton. Parmi eux, considérons les principaux phénomènes qui entraînent cette

désagrégation.

IIIIII--77--11// GGoonnfflleemmeenntt ddûû aauu ssuullffaattee

Si la teneur en sulfate atteint une certaine concentration, celle-ci peut occasionner un

gonflement du béton. Les eaux souterraines contiennent parfois des sulfates en solution. Elles

s'attaquent souvent au béton durci et provoquent par suite une désagrégation.

IIIIII--77--22// AAllccaalliiss--rrééaaccttiioonn

Au sein du béton peuvent se produire des réactions chimiques entre certains constituants



amorphes et mal cristallisés de silices, de silicates ou de carbonates contenus dans les granulats et

les éléments alcalins (sodium, potassium) en solution dans la pâte liante. L'ensemble de ces

réactions s'appelle « alcalis- réaction ».

Ces éléments alcalins peuvent provenir du ciment utilisé, de l'eau de gâchage, des

granulats composant le béton et aussi de l'extérieur.

Ces réactions entraînent la désagrégation du béton en présence d'humidité : fissuration,

faïençage à mailles plus ou moins serrées, écaillages, exsudation, cratères superficiels.... Ces

désordres ne se manifestent généralement qu'après 1 à 10 ans et pourront provoquer la ruine de

l'ouvrage. Les granulats contenant de l'opale, dolomie, mica sont les plus sensibles à ce

phénomène.

Si l'une des conditions suivantes n'est remplie, il n'y a pas risque d'alcali-réaction :

o La présence d'un granulat potentiellement réactif;

o Une concentration élevée en éléments alcalins dans la solution interstitielle;

o Une ambiance de conservation du béton présentant une humidité relative :

HR>80%.

IIIIII--77--33// CCaarrbboonnaattaattiioonn

Elle est due à l'action de l'acide carbonique qui se trouve dans l'atmosphère (en faible

quantité environ 0,5‰) sur la chaux libérée par l'hydratation des constituants du clinker :

L'effet de la carbonatation est la diminution du pH basique (11 à 12) du béton à des valeurs

inférieures à 9 neutralisant ainsi progressivement l'alcalinité du béton et son rôle «passivant » sur

la corrosion des armatures.

Plus le béton est compact, moins poreux et plus étanche, plus la carbonatation diminue.

Formule chimique:

Ca (OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O




II// DDiifffféérreennttss ttyyppeess ddee bbééttoonnss

On distingue trois catégories principales de béton :

le béton non armé;

le béton armé;

le béton précontraint.

I-1/ Le béton non armé

Il consiste à un béton ordinaire sans utiliser aucune armature. On peut utiliser le béton non

armé dans plusieurs domaines;

• En travaux publics :

- chaussées routières et autoroutières;

- grand barrage massif;

- pavés autobloquants;

• Dans les bâtiments :

- réalisation des agglomérés de ciment, parpaings, hourdis;

- tuiles en fibrociment;

- tuiles en vibro mortier,;

- …

• En ouvrages miniers

- étanchéité des galeries et puits;

- tubages des puits de forages;

- …

I-2/ Le béton armé

Le béton armé est constitué par du béton et des armatures en aciers judicieusement

disposés. Le rôle essentiel de l'acier dans le béton armé est de reprendre les contraintes de traction




que le béton ne peut supporter.

Le béton armé s'obtient en coulant le béton, à l'état pâteux, à l'intérieur d'un moule appelé

coffrage, moule qui peut être en bois ou métallique, et dans lequel on a, au préalable disposé les

barres d'aciers.

Dans l'association béton acier qui forme le béton armé, on peut répartir les rôles de chacun

des constituants de la manière suivante :

o Le béton résiste aux efforts de compression;

o L'acier résiste aux efforts de traction et éventuellement, aux efforts de

compression, si le béton ne peut y suffire à lui seul. La solidité d'une construction en béton armé dépend donc non seulement de la qualité du

béton qui la constitue, mais également, et d'une façon éventuellement :

o De la disposition correcte des armatures;

o De la résistance des armatures;

o Du bon ancrage des armatures.

Pour ce faire, les armatures à utiliser sont les aciers à haute adhérence (crénelés, torsadés,

etc.) qui sont en acier plus dur (limite élastique 4200 kg /cm2, à laquelle correspond un taux de

travail admissible d'environ 2800 kg / cm2)

Le béton armé est utilisé pour :

o La construction des bâtiments, d'usine : planchers, fondation, poteau, chaînage,

escalier, poutre;

o Couvertures en coques minces, réservoirs, silos de petite capacité;

o Travaux publics : tunnel, pont, routes, digues, aérodromes;

o Ouvrages portuaires et maritimes

o Mur de soutènement;

I-3 / Bétons précontraints

Les bétons précontraints sont constitués aussi de béton et des armatures mais ce qui le

diffère du béton armé, c'est que les armatures sont mises en tension avant l'application des

charges. Eugène FREYSSINET, l'ingénieur qui a construit le premier structure en béton

précontraint a défini que : « précontraindre une construction, c'est la soumettre avant application

des charges à des forces additionnelles déterminant des contraintes telles que leur composition

avec celles qui proviennent des charges donne en tous points des résultantes inférieures aux



contraintes limites que la matière peut supporter indéfiniment sans altération».

Les armatures de précontraintes sont constituées par des torons, des fils ou barres en aciers

à haute limite élastique disposés à l'intérieur de gaines ou de tube métallique ou plastique : les

conduits. L'ensemble constitue les câbles. Les aciers ont des résistances à la rupture de l'ordre de

1800 à 2000 Mpa.

Il faut noter que sans une mise en tension préalable, l'allongement d'un tel acier serait

beaucoup grand pour que le béton puisse le suivre sans fissuration excessive.

La précontrainte d'un élément en béton peut s'effectuer :

o Soit par post-tension, si la mise en tension se fait postérieurement au coulage du

béton;

o Soit par pré-tension, si les torons ou les fils d'acier de précontraintes sont mis

en tension préalablement au coulage du béton

Le béton précontraint est utilisé dans les structures fortement sollicitées à savoir :

o Les ponts à moyenne et à grande portée;

o Les réservoirs de plus de 1500m3;

o Les réservoirs à hydrocarbures et à gaz liquéfiés (environs 80.000 m3);

o Les enceintes de réacteurs nucléaires;

o Les travaux maritimes;

o Les structures offshores, etc.

IIII// AAddddiittiiffss

II-l / Définition

Par définition, un additif est un produit incorporé pour modifier certaines propriétés du

béton ou pour lui conférer des propriétés particulières

II-2/ Différents types d'additifs

Il existe plusieurs types d'additifs admissibles dans le béton; parmi eux citons les suivants :

IIII--22--11// CCoorrrreecctteeuurrss ggrraannuullaaiirreess

Les plus couramment utilisés sont les fillers calcaires et les cendres volantes. Ils sont

utilisés surtout en raison de leur rôle de remplissage afin d'éliminer les vides présents dans les

bétons.



IIII--22--22// LLeess ffiibbrreess

Actuellement, il existe deux types de fibres : les fibres synthétiques (organiques ou

minérales) et les fibres métalliques. Les bétons de fibres synthétiques se caractérisent par une

meilleure cohésion liée à la dispersion des fibres dans toute la masse. Les fibres synthétiques

peuvent constituer un réseau tridimensionnel très efficace permettant de maîtriser les risques de

fissuration par retrait plastique du béton. Les fibres métalliques (acier, fonte amorphe, inox, fibres

fraisées, fibres tréfilées...) améliorent le comportement post fissuration du béton en le transformant

en un matériau ductile grâce à un effet des coutures des fissures. C'est le cas des ferrociments

IIII--22--33// LLeess ccoolloorraannttss

On utilise particulièrement des colorants pour des raisons d'esthétique. Pour la plupart, ce

sont des oxydes minéraux.

La teinte finale recherchée dépend essentiellement du dosage et de la nature du colorant

employé.




II// PPrriinncciippee ddee ffoorrmmuullaattiioonn

I-1/ Démarche à suivre

Pour aboutir à la formulation du béton, nous pouvons suivre les étapes que nous montrent

le schéma suivant :

Figure n° 02 procédures de formulation de béton

I-2/ Recueil des données

Les données à recueillir sont les données spécifiques liées à l'usage du béton, à savoir

o Nature de l'ouvrage;

o Mode de mise en place du béton et la puissance de serrage;

o Importance du ferraillage;

o Exigences spécifiques (de l'utilisateur ou du cahier des charges).

I-3/ Formulation

Son objectif est de déterminer, en fonction des paramètres visées et des caractéristiques des

matières premières, par des méthodes adéquates (FAURY, DREUX, JOISEL ,...) les dosages des

différents constituants.

Nous obtenons ainsi, à la fin de cette étape, les proportions de chacun des constituants pour

un mètre cube de béton.


Recueil des données spécifiques liées à l’usage du béton

Formulation Test en laboratoire

Modification éventuelle Validation en centrale



I-4/ Test en laboratoire

La formule obtenue précédemment n'est que théorique. Pour valider la composition il nous

faut alors un test au laboratoire. On peut y vérifier les formules estimées.

I-5/ Modifications

Des modifications sont possibles afin d'améliorer la formulation si on n'aboutit pas aux

spécifications demandées. Si on démontre l'incompatibilité entre deux caractéristiques à obtenir,

on peut faire aussi une modification au niveau des données.

IIII// EExxeemmppllee ddee ffoorrmmuullaattiioonn dduu bbééttoonn :: MMEETTHHOODDEE DDEE DDRREEUUXX GGOORRIISSSSEE

L'étude d 'une composition de béton consiste presque toujours, à rechercher conjointement

deux qualités essentielles : résistance et ouvrabilité, mais elles dépendent de différents facteurs

comme indique le Tableau n°10 suivant :

Tableau n° 10 facteurs de résistance et d'ouvrabilité

Facteurs de béton Pour une bonne ouvrabilité

Pour une bonne résistance

Finesse du sable Plutôt fin Plutôt grossier

Rapport G/S A diminuer A augmenter

Dosage en eau A augmenter A diminuer

Granularité Continu préférable

Discontinu légèrement

Dimension maximale des granulats Plutôt petite préférable /Plutôt

forte

II-1/ Données de base

IIII--11--11// NNaattuurree ddee ll''oouuvvrraaggee

Il est nécessaire de connaître si le béton est non armé ou armé ou il s'agit d'un béton

précontraint. Dans le cas du béton armé et précontraint, il est indispensable de connaître les

dispositions des armatures et l'intensité du ferraillage.



IIII--11--22 // RRééssiissttaannccee ddééssiirrééee

Elle est en générale définie par la résistance en compression sur cylindre à 28 jours. D'où

on peut choisir directement le dosage approximatif en ciment dont on devra connaître la classe

vraie FCE (c'est la résistance du ciment à 28 jours) sur laquelle on peut compter en moyenne. Mais

il faut noter que la résistance à viser est toujours un peu plus élevée que celle demandée :

RC = RC28 + 15%

RC28 : résistance souhaitée; RC : résistance à viser.

IIII--11--33// CCoonnssiissttaannccee ddééssiirrééee

On la définit comme l'affaissement moyen au cône d'Abrams ou du test C.E.S. on la choisit

en fonction de la nature de l'ouvrage, de la difficulté de bétonnage, des moyens de serrage.

Tableau n° 11 Affaissement au cône d'Abrams (selon NFP 18 451)

Plasticité serrage Affaissement A en cm

Béton ferme Bonne vibration 0 à 4

Béton plastique Vibration courante 5 à 9

Béton très plastique Piquage 10 à 15

Béton liquide Léger piquage 16

II-2/ Formulation

IIII--22--11// DDoossaaggee eenn cciimmeenntt

Il faut tout d'abord calculer la valeur de C/E à l'aide de la formule (valeur approximative)

RC : résistance moyenne en compression désirée à28 jours en Mpa

FCE : classe vraie du ciment à 28 jours en Mpa

G : coefficient granulaire

[15]



C : dosage en ciment (en kg/ m3 )

E : dosage en eau totale sur matériaux secs (en l/m3)

Donc,

C/E = [ ( ) + 0,5 ]

La valeur de G est donnée par le Tableau suivant.

Tableau n° 12 Valeur du coefficient granulaire G avec vibration

Dimensions D des granulats Qualité des granulats

Fins (D<16mm) Moyens (25<D<40mm) Gros (D>63mm)

Excellente 0,55 0,50 0,65

Bonne, courante 0,45 0,50 0,55

Passable 0,35 0,40 0,45

Connaissant ainsi la valeur de C/E, on peut fixer arbitrairement le dosage en ciment à l'aide

de l'abaque suivant, en fonction de la valeur de l’affaissement correspondant à l’ouvrabilité désirée

Figure n° 03 Abaque permettant d'évaluer approximativement le dosage en ciment à

prévoir en fonction du rapport C/E et de l'ouvrabilité désirée (affaissement au cône).

[16]



IIII--22--22// DDoossaaggee eenn eeaauu

Ayant fait le choix du dosage en ciment C, on peut en déduire le dosage approximatif en

eau totale provisoire à l'aide du rapport C/E. Mais cette valeur de E est particulièrement applicable

aux bétons pour lesquelles D = 25mm. Pour les D différents de 25 mm, il faudra alors prétendre à

une correction comme nous montre le Tableau n° 13 et la figure ci-après.

Tableau n° 13 : Correction en pourcentage sur le dosage en eau en fonction de la

dimension maximale D des granulats

Figure n°04 Variation de la correction en eau si la dimension maximale des granula est

différente de 25mm

La quantité d'eau totale (sur matériaux supposés secs) étant ainsi approximativement

déterminée. On obtiendra la quantité d'eau à ajouter sur les granulats humides en déduisant

l'apport (contenu dans les granulats) à l'aide des indications du Tableau qui suit :

Dimension maximale des granulats D en mm 1,25 2,5 5 10 16 25 40 63 100

Correction sur le dosage en eau (en %) +30 +22 +15 +9 +4 0 -4 -8 -12



Tableau n°14 : Teneur en eau approximative des granulats courants en litres pour un mètre cube de matériau (en volume apparent)

Eau d'apport en L/m3 Degré apparent d'humidité Sable

0/5 Gravillon

5/25 Gravier 5/20 Gravier 20/40

Sèche 0 à 20 Négligeable Négligeable Négligeable

Humide 40 à 60 20 à 40 10 à 30 10 à 20

Très humide 80 à l00 40 à 60 30 à 50 20 à 40

Saturée, égouttée 120 à l40 60 à 80 50 à 70 40 à 60

On obtiendra l'apport d'eau par rapport au poids des granulats en divisant les quantités

données dans le Tableau n°14 par la masse volumique apparente (de l'ordre de 1500 kg/m3

environ pour des granulats courants). On peut mesurer à l'aide de sonde électrique ou à neutron la

teneur en eau des matériaux.

IIII--22--33 // DDoossaaggee ddeess ggrraannuullaattss

• Qualités des granulats

Gravier : il faut qu'ils soient d'une bonne qualité minéralogique, suffisamment dur et bien

propre, mais la forme de leur courbe granulaire, plus ou moins concave, a une influence

relativement importante que celle du sable.

Sable : la qualité du sable a une grande influence sur la qualité du béton ; pour cela on doit

par suite

i) vérifier la propreté à l'aide de l’essai d’équivalent de sable :

Tableau n° 15 : Propretés du sable à l'aide de l'équivalent de sable

ES à vue ES piston Renseignement sur la qualité du sable en fonction de la valeur de TES

ESV < 65 ES < 60 Sable argileux

65 < ESV < 75 60 < ES < 70 Sable légèrement argileux

75 < ESV < 85 70 < ES < 80 Sable propre

ESV > 85 ES > 80 Sable très propre



ii) calculer le module de finesse.Il faut qu'elle soit comprise entre 2,2 et 2,8 Par

définition le module de finesse d'un granulat est la somme des pourcentages

ramener à l'unité des refus cumulés sur les tamis d’ouverture 23,26,29,32,35,38,41.

Si le sable est un peu grossier Mf > 3,0 on fait une correction soit par ajout de

sable fin soit par ajout d'un plastifiant ou d'un entraîneur d'air.

iii) Comparer la courbe granulométrique à la courbe suivante, qui correspond à celles

des sables proposés pour béton

Figure n° O5 : Fuseaux proposés pour la granularité des sables à béton

• Dosage

i) Tracer la courbe granulaire de réfèrence

Pour ce faire, on trace une composition granulaire de référence OAB telle que :

- B (à l'ordonnée 100%) correspond à D;

- A point de brisure de coordonnées Abscisse :

- Si D < 20 mm l'abscisse est D/2 ,

- Si D > 20mm l'abscisse est située au milieu du segment limité par le module 38

(5mm) et le module correspond à D



Ordonnée :

est un terme correcteur dépendant du dosage du ciment, de

l'efficacité du serrage, de la forme des granulats : roulés ou concassés, et du module de finesse du

sable. Tableau n°16 : Valeur du terme correcteur en fonction du dosage en ciment, de la

puissance de la vibration et de l'angularité des granulats Vibration faible normale Puissant

Forme des granulats (du sable en particulier)

roulé concassé roulé concassé roulé concassé

400+superplastifiant -2 0 -4 -2 -6 -4

400 0 +2 -2 0 -4 -2

350 +2 +4 0 +2 -2 0

300 +4 +6 +2 +4 0 +2

250 +6 +8 +4 +6 +2 +4

Dos

age

en c

imen

t

200 +8 +10 +6 +8 +4 +6

Note 1: correction : si le module de finesse du sable est fort (sable grossier) une correction supplémentaire sera apportée de façon à relever le point A, ce qui correspond à majorer le dosage en sable et vice versa, la correction supplémentaire (sur K) peut être effectuée en ajoutant la valeur

=6Mf-15 (Mf étant le module de finesse du sable qui peut varier de 2 à 3 avec une valeur optimale de l'ordre de 2,5 pour laquelle la correction préconisée est alors nulle) Note 2 : correction supplémentaire Kp : si la qualité du béton est précisée pompable, il conviendra de conférer au béton le maximum de plasticité et de l'enrichir en sable par rapport à un béton de qualité courante. On pourra pour cela majorer le terme correcteur K de la valeur Kp=+5 à +10environ, selon le degré de plasticité.



ii) Choix du coefficient de compacité y

Tableau n°17 : Valeur du coefficient de compacité

coefficient de compacité Consistance serrage

D=5 D=10 D=12,5 D=20 D=31,5 D=50 D=80

Piquage 0,750 0,780 0,795 0,805 0,810 0,815 0,820 Vibration faible 0,755 0,785 0,800 0,810 0,815 0,820 0,825 Molle

Vibration normale 0,760 0,790 0,805 0,815 0,820 0,825 0,830

Piquage 0,730 0,790 0,805 0,815 0,820 0,825 0,830 Vibration faible 0,765 0,795 0,810 0,820 0,825 0,830 0,835


Plastique

Vibration puissante 0,775 0,805 0,820 0,830 0,835 0,840 0,845

Piquage 0,775 0,805 0,820 0,830 0,835 0,840 0,845 Vibration faible 0,780 0,810 0,825 0,835 0,840 0,845 0,850 Ferme


Ces valeurs sont convenables pour des granulats roulés sinon il conviendra d'apporter les corrections suivantes :

- sable roulé et gravier concassé= -0,01 - sable et gravier concassé = -0,03

iii) Dosage des granulats

On trace tout d'abord les lignes de partage entre chacun des granulats en joignant le point à

95% de la courbe granulaire du premier, au point de 5% de la courbe du granulat suivant, et ainsi

de suite. On lira alors sur la courbe de référence au point de croisement avec la ou les droites de

partage de pourcentage en volume absolu de chacun des granulats. Par exemple gl, g2, g3.



Figure n° O6 : Analyse granulométrique Norme NFP 18-304



B / BÉTON DE SABLE


II// DDééffiinniittiioonn eett ssppéécciiffiiccaattiioonnss

I-1 / Définition

Un béton de sable est un béton fin constitué par un mélange de sable(s), de ciment(s),

d'addition(s) et d'eau; outre ces composants de base, le béton de sable comporte habituellement un

ou plusieurs adjuvants. Par rapport à cette composition fondamentale, pour répondre aux besoins

de certains usages, des ajouts spécifiques peuvent être envisagés : gravillons, fibres, colorants...

Un béton de sable chargé est un béton de sable comportant un ajout de gravillon, il ne

s'agit évidemment pas à découvrir les bétons classiques, aussi, cette dénomination n'est- elle

valable que lorsque le rapport gravillon (G) / sable (S) est inférieur à 0,7

G / S < 0,7 [18]

I-2 / Spécifications du béton de sable

D’une part le béton de sable differe d'un béton traditionnel par un fort dosage en sable et

d’autre part par l'absence ou un faible dosage de gravillons et l'incorporation d'additions

Le béton de sable se distingue d'un mortier par :

• sa composition : le mortier est en général fortement dosé en ciment et ne

comporte systématiquement pas d'additions;

• la destination : les bétons de sable sont essentiellement destinés aux usages

traditionnels du béton : construction de bâtiment, voirie,...




IIII// HHiissttoorriiqquuee

En 1853, dans la perspective de réaliser des constructions monolithes, économiques et

résistants, l'Ingénieur COIGNET mit au point «le Béton Aggloméré » destiné à être moulé et

pilonné en place et qui n'est autre que l'ancêtre du béton de sable.

Il s'agissait, en effet, d'un mélange sans caillou, de sables, de cendres, de scories de

charbon brûlé, de terre argileuse cuite et pilée, de chaux hydraulique naturelle et d'eau en faible

quantité. Il construisit ainsi en béton aggloméré banché une vaste maison, encore visible en

France.

Cette composition fut par suite utilisée dans bon nombre de construction et réseau

d'assainissement et, après adaptation, servit notamment à réaliser un grand mur de

soutènement de la place du Trocadéro à Paris en France.

En Egypte, la phare de Port-Saïd, fut construit, en 1869, en béton de sable de plage et

chaux, ainsi qu'un pont à Brooklyn, édifié en 1871-1872.

En 1918, en Union soviétique, une expérience très originale fut faite par Nicolas de

Rochefort, à Saint Petersbourg. Elle consistait à broyer ensemble sable et clinker à parts égales,

puis à mélanger ce produit à du sable dans le rapport de 1 (produit broyé) à 3 (sable). Les

résistances obtenues furent les mêmes que celles d'un mélange sable - ciment, beaucoup plus riche

en (1/3 de ciment pour 2/3 de sable).

Le professeur REHBINDER, soviétique eut repris cette expérience comme base de ses

propres recherches sur le béton de sable et le mystérieux mécanisme d'activation par broyage du

mélange sable/clinker.

L'Union soviétique, riche en sable, mais pauvre en gravillons et roches massives sur de

vastes étendues, ne cessa, principalement depuis 1941, de faire du béton composé de sable et d'un

ou deux liants (ciment et chaux), selon les opportunités. Les réalisations sont nombreuses. Citons

parmi bien d'autres :

o Eléments de préfabrications;

o Tunnels et métros (ombrelles d'étanchéité);

o Mobilier urbain et éléments architecturaux;

o Aérodromes, etc.



IIIIII// CCoommppoossiittiioonn dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee

Le béton de sable a fait l’objet d’une norme expérimentale P18 500 revisée en octobre

1987 par l’AFNOR

Il y a lieu cependant de souligner que les constituants entrant dans la composition d’un

béton de sable sont ceux du béton, produit normalisé.

Un béton de sable est composé : de sable, de fines d’ajout, de ciment et d’eau. Par rapport

a celle composition de base et pour repondre aux besoins de certains usages, d’autres ajouts

spécifiques peuvent être envisagés : gravillons, fibres, adjuvants…

III-1/ Sables

Par sables on entend tous granulats 0/D (plus gros grains) conformes aux définitions des

normes NF P 18 – 101 et NF P 18 – 301; Il peut s’agir soit d’un sable naturel alluvionnaire ou de

ballastière, soit d’un sable de carrière issu du concassage d’une roche massive ou détritique. D est

inférieur ou égal à 4mm. Mais on peut admettre l’emploi d’un granulat à granulomètrie continue

de 0mm jusqu’à 8mm tant que le rapport ponderal entre les éléments supérieurs à 4mm et les

éléments inféreurs à 4mm reste inférieur à 0.7.

Aucun critère granulométrique n’est a priori exigible pour réaliser un béton de sable : on

peut aussi bien utiliser un sable fin (même homométrique, type sable de dune) qu’un sable

alluvionnaire moyen ou grossier, ou un 0/D de concassage. La seul restriction d’emploi des sables

réside dans leur propreté; si des études ont été faites sur des sables polués, aucune éxperimentation

n’a été réalisée avec de tels sables. Autant que la nature de la pollution, c’est aussi sa variabilité à

l’interieur d’un gisement qui rend l’emploi de tels matériaux difficilement envisageable; si on

arrivait, en effet, par l’emploi d’adjuvants à rendre utilisable un sable du gisement, compte tenu de

cette variabilité. Par ailleurs, les sables riches en fines naturelles nécessitent généralement

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

Dans cette étude, il est plus prudent de se borner à l’utilisation de sables propres, tels qu’on

peut les employer pour des formules de béton classique.



III-2/ Les fines d’ajout (ou additions)

Une qualité essentielle du béton de façon générale est sa compacité.

Les paramètres essentiels qui vont jouer sur la compacité sont :

o la granulométrie du mélange et sa teneur en eau;

o l'énergie de mise en place.

La différence entre un béton classique et un béton de sable réside principalement dans la

granulométrie.

L’optimisation de la compacité en rélation avec la granulomètrie obeit à certaines règles :

les éléments les plus fins se logent dans les vides des éléments les plus gros.

Dans le béton classique , on parle des éléments les plus gros (10 à 20 mm) ils créent

macrovides que l’on peut remplir par du sables et les vides du sables par des fines. Ici ces sont du

ciment, presque la quatité necessaire de ciment pour assurer que la résistance coincide avec celle

qu'il faut en fines pour obtenir la bonne compacité.

Cette concordance entre besoin en fines et dosage en ciment se traduit par la règle :

ou [19] selon l’usage du béton

Tableau n°18 Le dosage minimum en ciment en fonction du diamètre (D) du granulat

employé

Granularité 550 700

0/25 1,904 290 370

0/20 1,821 300 385

0/16 1,741 315 400

0/8 1,516 360 460

BETON

0/6,3 1,445 380 480

0/4 1,320 415 530

0/2 1,149 480 610

0/1 1,000 550 700

MORTIER

Lorsque la valeur de D diminue ( ≤ 6 mm), et c'est le cas du béton de sable, le dosage en

ciment devient très élevé (> 400 kg/m3). En effet, les vides d'un sable sont plus petits, plus

nombreux et, globalement, plus importants que ceux d'un granulat d/D (D > 6 mm). Il faut donc



davantage de ciment pour les remplir : techniquement et économiquement cette règle n'est plus

applicable; il n'y a plus concordance entre dosage en fine et en ciment.

Dans le cas du béton de sable, on comble d'abord une partie des vides du sable par un

filler, et on assure ensuite la rigidité du mélange par un complément en ciment correspondant aux

dosages habituellement employés pour les bétons traditionnels. Dans ces conditions, la règle en 5 D peut encore s'appliquer, en première approximation, non plus au dosage en ciment seul mais

à l'ensemble : ciment + fines.

Cet aspect est pris en compte dans les normes actuelles qui introduisent la notion de liant

équivalent C /KA [20]

ou C : est le dosage en ciment

A : le dosage de l’addition en fines et

k1 : un coefficient de prise en compte de la nature de l’addition

On peut ainsi parler , non plus de E/C (rapport eau /ciment), mais de E/C+k1A [21]

Les dosages en fines d'addition seront souvent importants : entre 70 et 220 kg/m3 et même

au-delà. Par voie de conséquence leurs caractères (nature géologique, forme, etc.) vont influer

grandement sur les caractéristiques de la formule employée.

Pour un dosage constant en fine d'addition, la maniabilité est améliorée quand le rapport

eau/ciment augmente, pour un rapport eau/ciment fixé, la maniabilité dépend de la nature et du

dosage en fines d'addition.

III-3/ Les ciments

Comme pour le béton classique, le ciment utilisé pour la confection d'un béton de sable est

conforme à la norme NF EN 197-1. Le choix du ciment est fait à partir de sa classe de résistance,

de ses caractéristiques d'hydratation, de l'agressivité du milieu... et, d'une façon plus générale de la

composition du béton et: de l'usage auquel on le destine.

III-4/ L’eau

L'eau utilisée pour la confection des bétons de sable est conforme à la norme NF P 18-303.

L'eau efficace comprend, en plus de l'eau de gâchage, une quantité non négligeable d'eau

apportée par les additions, adjuvants et autres ajouts, et surtout par les sables.



Tableau n°19 Caractéristiques de l'eau exigés selon la norme NFP 18 303

Quand l'une quelconque des limites indiquées dans le Tableau n° 19 est dépassée, l'eau

peut éventuellement être utilisée sous réserve qu'elle satisfasse aux prescriptions concernant les

essais de début et de fin de prise et les essais de résistance. La teneur en chlorure ne doit pas

dépasser 500mg/L. La teneur maximale en ions- soufre est fixée à 0,5%

III-5/ Adjuvants

On utilise dans les bétons de sable les mêmes adjuvants que dans les bétons traditionnels,

et pour en exploiter les mêmes propriétés.

La spécificité du béton de sable privilégie toutefois l'usage de plastifiants ou de

superplastifiants : ils améliorent la maniabilité, le plus souvent avec augmentation de résistance

par suite d'une diminution de la teneur en eau et de la défloculation des éléments fins.

On utilise également pour certains usages des entraîneurs d'air dont l'objectif est de créer

un réseau de microbulles dans le béton de sable pour le protéger du gel (dans la mesure où la

formulation employée est sensible au gel).

La nature et le dosage en adjuvant doivent systématiquement faire l'objet d'une vérification

de laboratoire.

Les adjuvants employés devront par ailleurs être conformes à la norme : NFP 18-103.

CONSTITUANTS Limites en pourcentage de l’eau (en masse)

Insoluble < 0,2

Matières dissoutes < 0,2

Carbonats + bicarbonates alcalins < 0,1

Sulfates en S03 < 0,1

Sulfites en S < 0,01

Sucres < 0,01

Phosphates en P2O5 < 0,01

Nitrates en NO3 < 0,05

Zinc < 0,01

Acidité en pH > 4

Acidité humique pas de coloration brunâtre



III-6/ Autres ajouts

IIIIII--66--11// LLeess ffiibbrreess

Elles sont surtout utilisées dans le but de réduire le retrait au premier âge: dosage et nature

sont des paramètres très importants pour assurer l'efficacité de cet ajout.

On utilise dans la plupart des cas des fibres organiques (polypropylène) pour contrecarrer

les effets du retrait de prise et éviter la fissuration qui en résulte.

Si l'on veut améliorer la ductilité, on pourra utiliser des fibres d'acier ou des fibres de fonte

amorphe.

IIIIII--66 --22// LLeess ggrraavviilllloonnss

On considére qu’un béton de sable peut contenir un certain pourcentage de gravillons et

conserver sa dénomination de béton de sable. En admettant que les gravillons sont dispersés dans

le sable et ne constituant pas un squelette structure, le comportement reste le même : l’ajout de

gravillons en faible dosage peut amiliorer sensiblement certains caracteristiques : fluage, retrait,

resistance, maniabilité

D’une façon pratique on pourra considérer qu'on a affaire à un beton de sable tant que le

rapport massique G/S (gravillons sur sables) reste inferieur à 0.70

G/S < 0,70

Figure n°07 Proportion du gravillon dans le béton



IIIIII--66 --33// LLeess ccoolloorraannttss

Les colorants habituellement utilisés dans les bétons traditionnels peuvent également etre

employés pour cetains de usages de béton de sable : ils nécessitent toutefois un soin particulier

dans l’homogénéisation et une formulation appropriée béton de sable pour conserver une stabilité

de la teinte au cours au temps.

Il est à signaler que l’empoi de sables naturels locaux, couplé notamment à l’utilisation de

ciment blanc, procure souvent des teintes très intéressantes, succeptibles de s’insérer

avantageusement dans l’environnement.

IIVV// PPrroopprriieettééss eesssseennttiieelllleess dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee

IV-1/ Propriétés générales

IIVV--11--11// GGrraannuulloommééttrriiee // mmaanniiaabbiilliittéé

Une des particularités des bétons de sable est de nécessiter davantage d'eau que les bétons

classiques; ceci se traduit par des valeurs du rapport E/C (eau/ciment) systématiquement

supérieures à 0,5, ce rapport se situant généralement entre 0,6 et 0,7. Cette particularité est due a

une surface spécifique plus importante du mélange; d'ailleurs, si l'on considère non plus le rapport

E/C, mais le rapport E/C + A (A = Addition en fines), on obtient des valeurs similaires aux bétons

traditionnels. La granulométrie du sable jouera également sur le besoin en eau: plus le sable est

riche en éléments grossiers, plus la maniabilité s'améliore. Ceci se traduit par une relation entre

module de finesse et maniabilité : l’augmentation du module de finesse entraine une diminuation

du temps d’écoulement et donc une amélioration de maniabilité.

Pour chacun des sables l’augmentation de la teneur en fine (diminuation du module de

finesse) entraine une maniabilité moins bonne. Le phenomène n’a pas un caractère systématique.

Il dépend de la nature des fines incorporées: logiquement l’ajout des fines de type spherique en

diminuant la quantité des vides devrait rendre l’eau plus efficace et donc amèliorer la maniabilité

La relation dosage en fines-maniabilité peut dépendre aussi de la nature du sable.

On constate en effet :

• Un comportement différent selon la granulométrie du sable; (la figure 08 montre

l'effet différent de fines calcaires sur un sable alluvionnaire 0/4 et un sable de

dune, à teneur en eau constante)



• Pour le sable de dune, l'ajout de fines entraîne, jusqu'à 200 kg/m3 une chute de

maniabilité ce qui n'est pas le cas pour le sable alluvionnaire (plus compact).

Figure n°08 Influence de la nature du sable sur la maniabilité (avec fines d’addition

calcaires)

• Granulométrie/ resistance

A dosage en ciment constant, la résistance peut être différente en fonction d’un certain

nombre de paramètres et en particulier :

• La finesse de l'addition

Plus l'addition est fine (et bien défloculée) plus elle est efficace au niveau du gain en

compacité (et donc du gain en résistance); ce résultat est valable quelle que soit la granulométrie

du sable; on le constate avec des fines calcaires aussi bien sur un sable alluvionnaire (fig : 9 a) que

sur un sable de dune (fig : 9 b).

( a ) ( b )

Figure n°09 Effets du dosage et de la finesse de d’addition sur la résistance



• La nature de l'addition

A même dosage, la figure 10, permet de constater l'extrême diversité du niveau de

performance atteint selon la nature du filler; si l'addition de fines permet d'améliorer

systématiquement la résistance, ce gain est en effet très variable.

La différence est encore plus considérable si l'on se place à maniabilité constante. Les

fillers les plus efficaces sont ceux qui, hydrauliquement actifs, entraînent également une réduction

d'eau.

Il convient de noter que ces résultats ont été obtenus sans adjuvant et que l'emploi d'un

plastifiant permettrait d'augmenter l'efficacité de certains fillers hydrauliquement actifs mais

nécessitant un besoin en eau important.

Figure n°10 Influence de la nature de l’addition sur le niveau de résistance

• La dimension du Dmax (0/D)

Pour une même valeur du rapport E/C (eau/ciment), on constate (figure: 11-a) que l'effet

du diamètre Dmax du plus gros granulat est peu important et, en tout état de cause, pas

défavorable aux sables. Le seul problème tient à la maniabilité très différente selon les bétons :

très maniable dans le cas d'un 0/20, on aura une maniabilité de type préfabrication dans le cas du

sable.

A même dosage en ciment (Figure :11- b) mais à E/C différent, les différences sont

beaucoup plus importantes. Les maniabilités étant identiques, il faudra beaucoup plus d'eau dans

le cas des sables, ce qui aura pour conséquence une chute de la résistance. Là encore, on pour

minimiser cette chute par l'emploi d'un plastifiant réducteur d'eau.



( a ) ( b )

Figure n°11 Effets de la granularité sur la résistance

IIVV--11--22// PPrroopprriiééttééss ssppeecciiffiiqquueess

• Adhérence aux armatures

Quelques comparaisons ont été trouvée entre les différentes formulations de béton de

sable et un béton témoin traditionnel à l'aide de l'essai pull-ot. Cet essai consiste à mesurer le

déplacement d'une armature, noyée dans le matériau durci, en fonction de l'effort de traction qui

lui est appliqué.

Selon la formulation du béton de sable et donc son niveau de performance, on obtient des

résultats meilleurs ou moins bons que le béton de référence (Figure :12). Il est vraisemblable que

les mêmes variations de composition appliquées à ce béton auraient mené à des écarts du même

ordre. Ce qui conduit à penser que les bétons de sable ne se distinguent pas particulièrement, sur

cet aspect, des bétons classiques.

Si l'on considère les résultats de cet essai pour les petites déformations (partie initiale), on

constate que la contrainte correspondant au même niveau de déformation (50 microns) est d'autant

plus forte que la résistance en traction du béton de sable est élevée

Enfin, la granularité du béton de sable n'est pas un élément essentiel, puisque, à même

niveau de résistance, l'adhérence avec un sable dunaire très fin a été supérieure à celle obtenue

avec un sable alluvionnaire.



• Tenue en fatigue

Le comportement en fatigue des bétons de sable est important à connaitre pour le

dimensionnement des chaussées.

Ce dimensionnement s'effectue en effet à partir de la contrainte qui, appliquée au matériau,

provoque sa rupture au bout de 106 chargements; l'essai est réalisé sur éprouvette trapézoïdale

encastrée à la base et sollicitée en tête.

L'essai est réalisé à différents niveaux de contrainte; à chaque niveau de contrainte

correspond un nombre N de sollicitations provoquant, la rupture de l'éprouvette et correspondant à

sa durée de vie : c'est la courbe de fatigue (linéaire en coordonnées semi-logarithmiques).

De cette courbe on déduit la valeur : cette valeur permet de calculer la contrainte

admissible pour le matériau, et, par là, l'épaisseur à adopter.

Figure n°14 Courbe de fatigue

Figure n°12 Variation de l’adherence d’une armature en fonction de la formulation

Figure n°13 Influence de la résistance en traction du béton de sable sur l’adhérence des armatures



Les mesures réalisées ont permis de constater que le béton de sable avait un comportement

analogue à celui des matériaux traités aux liants hydrauliques pour assises de chaussée. A savoir :

Si l'on pose

Rt = résistance en traction directe

Rf = résistance en flexion

6σ = résistance en flexion pour un million de chargement.

On a,

[22]

• Retrait et fluage

Des essais de retrait et de fluage ont été réalisés sur béton de sable en comparaison avec un

béton classique.

Pour ce qui est du retrait, ils ont permis de constater (Figure : 15) que, lorsqu'on isolait le

matériau de l'extérieur (milieu étanche), le retrait, dit d'auto-dessiccation, du béton de sable était

voisin de celui du béton traditionnel. Si on laisse le béton sécher (milieu non étanche) le retrait du

béton de sable peut atteindre des valeurs doubles de celui d'un béton classique (Figure :16) Le

phénomène a été expliqué et est lié, vraisemblablement, à une distribution et une taille des vides

différentes entre les deux matériaux.

Figure n°15 Retrait d’auto-dessiccation. Figure n°16 Retrait total

On observe en matière de fluage : une variation semblablement à la structure du materiaux

qui conditionne par ailleurs les valeurs du module d’élasticité¸ les differences entre béton de sable

et béton classique (le module de béton de sable étant plus faible)



Il faut signaler toute fois que des résultats comparatifs ont été faits à un module de

resistance en compression de 25 MPa et qu’en matière de fluage notament un béton de sable plus

résistant n’a pas le même comportement : fluiage plus faible, voisin de celui d’un béton classique

L’hypothèse ont confirmé, cette hypothèse (Figure :18) puisque, en passant de 25 à 50

MPa. On divise le fluage par 5. Au même niveau de résistance dans ce cas 50MPa, le fluage du

béton de sable n'est supérieur à celui d’un béton classique de même niveau de résistance que de

20%.

Figure n°17 Fluage d’auto-dessiccation Figure n°18 Fluage total

• Durabilité des béton de sable

Conventionnellement, la durabilité d'un béton est reliée à ses capacités d’echange avec le

milieu extérieur. De ce fait, il est évident que les paramètres tels que porosité, organisation

géométrique des pores et perméabilité sont des paramètres physiques de premier ordre de la

durabilité. De même, les phénomènes internes tels que l'alcaliréaction ou l'attaque sulfatique

différée sont aussi des processus d'altération du béton accélérés par les échanges hydrauliques

avec le milieu extérieur.

La tenue d'un béton vis-à-vis des phénomènes d'échange dépend aussi de l'environnement

de celui-ci, raison pour laquelle l'estimation de la durabilité s'effectue généralement par un ou

plusieurs essais suivants, selon l'environnement prévisible du matériau (milieu urbain, région

montagneuse, milieu marin, ambiances agressives...) :

o perméabilité à l'air et à l'eau ;

o gel-dégel ;

o carbonatation ;



o pénétration des ions chlorure.

D'une façon générale, les bétons de sable sont plus poreux que les bétons traditionnels :

s'ils ont d’avantage de vides, la taille et le nombre de ces vides se distinguent de ceux du béton

traditionnel; ils sont plus nombreux, plus petits et davantage monodimensionnels. Leur nombre

plus élevé entraîne une probabilité de colmatage plus fréquente et plus aisée compte tenu de leur

faible taille.

• La resistance au délavage du béton de sable

Le délavage se manifeste sur des bétons frais, immergés, et se traduit sous forme de perte

de cohésion entre les éléments les plus grossiers et les éléments plus fins du béton, ces derniers

étant entraînés par l’eau pour limiter ce phénomène qui, pour des coulages sous l'eau, tend à

produire des bétons sans cohésion ni compacité, et donc impropres à leur destination, des

adjuvants anti-délavage peuvent être utilisés.

Mais il est également possible d'affiner la composition, notamment la granulométrie¸ en

particulier les bétons de sable, par leur finesse et leur meilleure homogénéité ont paru aptes à bien

résister au délavage : celle aptitude a effectivement été constatée lors de chantiers de coulage de

bêtons de sable immergés (comblement de cavités sous piles de pont par exemple), et elle a été

mise également en évidence en laboratoire.

• Phénomènes de ségrégation des constituants

Leur faible étendue granulometrique et donc leur plus grande homogenéité, combinées à

une bonne maniabilité, confèrent aux bétons de sable un meilleur comportement que les bétons

traditionnels vis-à- vis des phénomènes de ségrégation.

Cette faculté a pu être mise en évidence à travers des expériences comparatives sur des

bétons de sable et des bétons classiques équivalents, avec des plasticités et des modes de mise en

œuvre variables.

• Influence de lʹajout de gravillons

L'idée d'incorporer des gravillons dans une composition de béton de sable peut surprendre,

ou paraître contradictoire avec la volonté d'utiliser ce type de béton; un tel ajout ne modifiait pas

les propriétés spécifiques du béton de sable, pour peu que le dosage en gravillons soit faible.



Un tel ajout a par contre un effet benefique sur certaines caractèristiques notament le

fluage. Il a paru interessant de vérifier cet effet sur d’autre caractéristiques des bétons de sable et

en particulier la resistance à l’attrition

Une étude a été faite en laboratoire pour quantifier ces effets avec des ajouts de gravillons

6/10 de trois natures différentes.

Les quantités de gravillons 6/10 ajoutés ont volontairement été limitées a des taux faibles,

le rapport G/S (gravillons/sables) variant entre 0 et 0,7% dans cet intervalle, la charge en

gravillons est suffisamment faible pour ne constituer qu'un ajout de composition, sans réellement

avoir un effet structurant. La formulation et le comportement de tels bétons de sable chargés

restent ceux d'un béton de sable et non ceux d'un béton traditionnel (pour lequel G/S est en général

supérieur à 1,5 sans descendre en-deçà de 1,2).

• La résistance aux chocs :

La particularité des bétons de sable de mieux résister aux chocs, constaté empiriquement,

a été attribuée a une structure plus fine et plus homogène, permettant de mieux répartir les

impacts et d'éviter les éclatements que l'on observe sur les bétons classiques, facilités par le

déchaussement des gros granulats sous l'effet du choc.

Cette propriété a été étudiée à l'aide de l'essai Los Angeles sur des cubes obtenus par

sciage : l'influence de l'ajout de gravillons n'est favorable que jusqu’à G/S = 0,25; au-delà le gain

est peu sensible et l'influence est même négative à partir de G/S = 0,75 où la teneur en gravillons

commence à avoir le même effet que sur un béton traditionnel.

• La résistance à Attrition :

Quantifiée à l'aide de l'essai Deval, on peut constater que, comme il était prévisible, l'ajout

de gravillons, quelle qu’en soit la nature, améliore sensiblement (jusqu'à 50 %) cette

caractéristique. Au-delà de G/S = 0,5, il n'y a plus d'amélioration.

• La résistance à la compression :

Un ajout de gravillons avec G/S = 0.25 se révèle très valorisant; au-delà de 0,25

l'influence est beaucoup moins significative.

• Le module d'élasticité :

Les bétons de sable ont des modules d'élasticité plus faibles que ceux des bétons classiques

: c'est une donnée générale des matériaux granulaires 0/D pour lesquels le module diminue

lorsque le Dmax diminue.



L’ajout de gravillons fait varier le module de la même façon que la résistance en

compression, le gain étant encore plus net quand G/S passe de 0 à 0,25 et l'absence d'influence

encore plus grande au-delà.

• Comportement thermique

La réaction d'hydratation du ciment est très exothermique (40 à 60J/g). Ceci provoque, lors

de la mise en œuvre du béton, des élévations de température pouvant atteindre 50 °C au cœur de

pièces massives. Lors du refroidissement, les variations de température sont à l'origine de

contraintes mécaniques, ce qui peut conduire à la fissuration des pièces.

Pour dimensionner une structure, la prévision et la prise en compte du champ des

températures à l'intérieur d'un béton font l'objet de logiciels de modélisation et de calcul qui

nécessitent de connaître un certain nombre de caractères thermiques du béton, et notamment :

• L’exothermie

Traduction des températures atteintes et de leur cinétique dans un béton (mesures

effectuées sur éprouvettes à l'intérieur d’un calorimètre);

Le coefficient global de chaleur : il traduit la densité du flux thermique d'une pièce en

béton soumise à des sources de chaleur dans diverses conditions;

• La chaleur massique

La chaleur massique ou quantité de chaleur nécessaire pour élever 1g de matériau de 1 °C,

qui traduit l'inertie thermique;

• La conductivité thermique

La conductivité thermique, qui caractérise la capacité d'un matériau à conduire la

chaleur;

• Le coefficient de dilatation thermique

Le coefficient de dilatation thermique, qui traduit les allongements en fonction de la

température et qui est très utile au dimensionnement des ouvrages, notamment pour l'espacement

des joints de dilatation;



HAPITRE VI / PREPARATION ET FABRICATION DU BÉTON DE SABLE

II// FFaabbrriiccaattiioonn -- TTrraannssppoorrtt

I-1/ Approvisionnement, stockage, manutention

II--11--11// SSaabblleess

Si un stockage primaire en tas du ou des sable(s) n'est pas à prescrire, il doit lui être préféré

un stockage en trémies qui permet plus facilement d'éviter les risques de pollutions et de

ségrégation.

Toutes mesures propres à éviter les risques excessifs de ségrégation notamment pour les

sables fillérisés, seront prises.

Les tapis d'alimentation et les trémies seront conçus pour limiter les aléas climatiques

(humidification...). En effet, les fluctuations rapides de teneur en eau sont mal prises en compte

par les sondes hygrométriques (résistives ou capacitives) dont la précision est médiocre (de l'ordre

de 1 point par rapport à la valeur indiquée et pour des teneurs eu eau inférieures à 12 %).

Ces recommandations, si elles sont valables pour tous bétons, sont primordiales pour les

bétons de sable, car dans les bétons classiques, la présence de gravillons dont la teneur en eau

varie généralement dans la gamme 1-5 % limite l'incidence des variations de teneur en eau des

sables qui varie dans la gamme 1-16 % selon leur origine et leurs modes de stockage.

II--11--22// CCiimmeenntt aaddjjuuvvaannttss

Les mêmes modalités que pour les bétons classiques sont à appliquer

II--11--33// AAddddiittiioonnss

Les additions, qu'elles soient types fillers (calcaires ou siliceux) ou active (cendres

volantes, fumée de silice...), doivent toujours être stockées en silos comme les ciments et avec les

mêmes équipements (vibreurs, systèmes anti-voûte, systèmes de sécurité, détecteurs de niveaux).

CHAPITRE VI / PREPARATION ET FABRICATION DU BÉTON DE SABLE



II--11--44// EEaauu

Dans l’état actuel des connaissances, les eaux recyclées doivent être évitées pour la

confection de béton de structure, même en cas de stockage en cuve agitée en permanence.

I-2/ Dosage des constituants

Les sables, ciments et additions doivent être de preference dosés pondéralement. L’eau et

les adjuvants peuvent être dosés en poids ou en volume.

Dans tous les cas, les équipements et les diverses opérations de dosage doivent permettre

de respecter les précisions spécifiées.

Les bornes qui peuvent être requises pour le dosage des matériaux constitutifs sont incluses

dans la norme P 18-305.

Le ciment et les additions sèches doivent être dosés sur une ligne distincte de celles des

sables. Lorsque les différents sables sont pesés sur un même instrument de pesage, ils le sont

successivement, soit séparément, soit cumulativement.

Les différents types d'adjuvant ne peuvent être dosés sur le même appareillage que si

toutes les précautions sont prises pour éviter les risques de contaminations.

I-3/ Malaxage

II--33--11// DDuurrééee dduu mmaallaaxxaaggee

La durée du malaxage des bétons de sable comme de tout béton doit être suffisante pour

obtenir l’homogénéité des constituants

Certaines études démontrent que cette durée n’a pas lieu d’être systématiquement plus

élevée que celle adoptée pour les bétons traditionnels car cela dépend essentiellement du matériel

disponible. En effet la dispersion des éléments fins s’effectue sans difficulté particulière dans les

malaxeurs classiques. Il est même déconseillé d’augmenter la durée du malaxage car l’air peut en

résulter avec les conséquences qui en découlent (microbullage interne, …). En général, la durée de

malaxage en usine est de l’ordre de 30secondes

Toutefois, sur certains chantiers (routiers par exemple) la durée de malaxage du béton de

sable a dû étre augmentée.



II--33--22// SSééggrrééggaattiioonn

Les risques de ségrégation lors du malaxage, par séparation des granulats de dimensions

très différentes sont, par la nature même des bétons de sable, moindres que dans les bétons

traditionnels.

Les malaxeurs pour lesquels le mélange est assuré par déplacement des matériaux les uns

par rapport aux autres (palette, cuve tournante..,) sont préférables aux bétonnières où seule l'action

de la pesanteur est utilisée.

II--33--33// MMooddaalliittééss ddee mmaallaaxxaaggee

Comme pour les bétons traditionnels, les constituants « actifs » (ciment, addition) doivent

être introduits en dernier dans les mélangeurs, immédiatement avant l'eau.

Certaines techniques particulières comme la confection préalable d'un coulis introduit

ensuite dans le mélange granulaire sont possibles, sous réserve de mis au point préalable.

Compte tenu de l'importance relative plus élevée que dans les bétons classiques de la

quantité d'eau apportée par les sables et éventuellement les additions humides, il est essentiel de

bien connaître cet apport d'eau.

Il en découle que dans les usines de préfabrication confectionnant toujours le même béton,

il est judicieux d'employer des appareils de conduite permettant de contrôler en continu la

consistance des bétons frais (wattmètre...).

Bien entendu, comme pour les bétons classiques, la faculté d'absorption d'eau dans les

sables doit être connue pour pouvoir être maîtrisée.

I-4/ Transport Pompage

II--44--11// TTrraannssppoorrtt

Le transport du béton de sable du lieu de production au lieu d’utilisation s’effectue par les

mêmes moyens que les bétons classiques.

Bien que les bétons de sable soient généralement très plastiques, les risques de ségrégation

pendant les transports sont faibles, compte tenu de l’homogénéité granulaire des matériaux.



II--44--22// PPoommppaaggee

L'un des avantages du béton de sable par rapport aux bétons traditionnels est sa grande

aptitude à être aisément pompé.

En effet, les qualités facilitant les pompages sont :

• La granularité continue du mélange;

• La bonne cohésion et faible ressuage;

• La plasticité élevée (affaissement > 10 cm).

Les pompes à piston ou pneumatiques sont utilisables dans les mêmes conditions que pour

les bétons traditionnels.

Les grandes maniabilités des bétons de sable permet d'augmenter les longueurs de

pompage (horizontal ou vertical) et d'utiliser des pompes plus " rustiques » (type péristaltique,

avis, etc.).

IIII// MMiissee eenn ooeeuuvvrree

II-1/ Préparation des coffrages

Les dimensions des granulats et les consistances généralement très plastiques voir fluides

des bétons de sable nécessitent d'apporter un soin particulier à la préparation des coffrages, afin

que les avantages des béton de sable en ce qui concerne les parements soient bien obtenus.

La propreté et surtout l'étanchéité devront être strictement vérifiées.

II-2/ Vibration - Surfaçage

Bien que la consistance des bétons de sable soit telle qu'une mise en place par simple

étalement puis piquage puisse se concevoir. Il est toujours préférable de procéder à une vibration,

interne ou externe selon les cas, afin d'obtenir la compacité maximale par élimination des vides

d'air et pour assurer un parfait remplissage des coffrages ou des moules, notamment en cas de

ferraillage important ou de formes compliquées.

Même si l'étendue granulométrique des bétons de sables limite le risque de ségrégation, il

ne faut pas trop les vibrer, car cela pourrait favoriser les remontées d'eau, les bétons de sable ayant

souvent des consistances plastiques ou très plastiques.

Comme pour les bétons avec gravillons, la vibration est d'autant plus efficace que sa

fréquence est élevée, en revanche le rayon d'action diminue. L'énergie étant transmise par action



physique, il est préférable de déplacer plus souvent l'aiguille vibrante dans les bétons de sable (un

peu comme pour les bétons légers).

Les bétons de sable se mettent en place facilement aussi bien sur site qu'en usine de

préfabrication; aussi, les durées de vibration , toutes choses égales par ailleurs (consistance...),

sont sensiblement inférieures à celles des bétons avec gravillons pour obtenir des résultats

comparables.

Cet avantage peut être quantifié par calcul des temps de vibration tel que proposé par G.

Dreux.

K6, K7 et K8 : Coefficients;

A1 : affaissement au cône

G : coefficient granulaire

Comme le coefficient G des sables (même concassés) est nettement inférieure a celui des

gravillons (rapport de 1 à 3 environ), les temps de vibration des bétons de sable seraient selon

cettee hypothèse réduits d’environ 25%.

II-3/ Joints de reprise

Comme les bétons de sable sont souvent utilisés pour obtenir de beaux état de surface, il

est nécessaire d'être très attentifs aux joints de reprise du bétonnage.

De la même manière que les bétons classiques, les joints de reprise seront de préférence

perpendiculaires au sens des contraintes et suivront des formes rectilignes de l'ouvrage

(décrochement, faux joints...).

II-4/ Parement

L’esthétique des ouvrages est un caractère de plus en plus fréquemment pris en compte. A

cet égard, les bétons de sable sont particulièrement favorables car il est possible d'obtenir des

surfaces très soignées sans techniques trop sophistiquées.

Lors de la confection des bétons de sable, un malaxage trop prolongé peut induire des

microbullages qui peuvent être négatifs vis-à-vis de la qualité des parements.

Les facteurs qui conditionnent l'aspect des parements sont identiques à ceux des bétons

avec gravillons, c'est-à-dire :

[23]



o Qualité, couleur, dosage en ciment et en addition;

o Nature, granulométrie et couleur des sables;

o procédés de mise en œuvre (coulage en place, préfabrication...). Les traitements de surface classiques (bouchardage, lavage, désactivation, sablage...), s'ils

restent possibles avec les bétons de sable, sont généralement peu judicieux.

IIIIII// CCoonnttrrôôlleess

III-1/ Généralités

IIIIII--11--11// PPrrééaammbbuullee

D’une manière générale, l'objectif des contrôles est de s'assurer de la conformité des

ouvrages avec les exigences essentielles de ceux-ci

La satisfaction de cet objectif repose sur deux axes complémentaires :

• une organisation de la qualité;

• un contrôle de produits

Le contrôle est d’ailleur une partie intégrante du système d’assurance de la prédite des

entreprises de construction ou celles de production de bétons. Les recommendation suivantes ne

concernent que l’organisation de la réalisation des contrôles internes sur béton de sable

IIIIII--11--22// TTyyppeess dd’’eessssaaiiss

Les contrôles sur les bétons de sable, comme pour tout béton, comprennent la vérification

de toute la chaîne d’élaboration des produits puis la vérification de ces dérniers. Les principaux

points sont :

• contrôles de la qualité des constituants;

• contrôles des matériels de confection des bétons;

• contrôles des bétons frais;

• contrôles des bétons durcis.

Rappelons que plusieurs types d'essais sur bétons durcis sont à concevoir selon les

objectifs :

• essais de recherche;

• essais d'étude, de convenance et de contrôle;

• essais d'information.

Les commentaires suivants sont principalement relatifs au deuxième groupe.



III-2/ Contrôles avant durcissement du béton

IIIIII..22..11// CCoonnssttiittuuaannttss

• Ciment, adjuvant, eau

Les modalités de contrôle sur les ciments, les adjuvants et les eaux de gâchage ne se

différencient pas, pour les bétons de sables, de celles adoptées pour les bétons avec gravillons.

• Sable

L'attention doit être apportée au contrôle des sables et notamment leur régularité tant en

granulométrie (constance du module de finesse) qu'en propreté (ESv, valeur au bleu...).

En particulier, il est impératif de contrôler la granulométrie, afin de la maîtriser en

permanence, la teneur en filler dans le cas de sable fillerisé (sable de broyage par exemple) ou à

teneur élevée en éléments inférieurs a 80 m.

• Fillers

Dans l'attente de la mise en place effective d'une certification sur les additions, les fillers

qui font la particularité même de la composition des bétons de sable doivent être particulièrement

suivis.

Comme pour tous les autres constituants, le caractère essentiel à vérifier est la régularité

des caractéristiques (granulométrie, finesse…)

De plus, leur nature minéralogique doit être connue et suivi car pour certains (fillers

calcaires dolomitiques par exemple) leur emploi peut être exclu

IIIIII..22..22// DDoossaaggee ddeess ccoonnssttiittuuaannttss

Quelle que soit la méthode de dosage des constituants (pondéral ou volumètrique), des

procedures de suivi de la précision des dosage doivent étre prévues comme pour les bétons

traditionnel.

IIIIII..22..33// CCoonnttrrôôlleess ddeess bbééttoonnss ffrraaiiss

Les méthodologies d'essais sur béton de sable (analyse, densité, consistance, air occlus)

sont identiques à celles adoptées pour les bétons classiques.



La consistance des bétons frais peut parfaitement être estimée par les méthodes habituelles

(affaissement au cône, table à secousse, …)

Néamoins, il est generalement admis que les bétons de sable ont une mise en place dans les

coffrages plus aisée que les béton classiques. En conséquences, un décalage d'une classe (P 18 -

010) , soit environ 5 cm d'affaissement au cône, peut être adopté en ce qui concerne l'interprétation

des résultats.

Tableau n°20 : Interpretation vis-à-vis des moyens de mise en place

Appellation P 18 010

Affaissement Au cône

(cm) Bétons classiques Bétons de sable

Ferme 4 Vibration très ferme Vibration

Plastique 5 à 9 Vibration Vibration légées (ou)

piquage)

Très plastique

10 à 15 Piquage (ou légère

vibration) (1)

Fluide 16 (1) (1)

(1) Aucune exigence quant à la mise en place (béton « coulant »).

Bien évidemment, les natures des essais et leur fréquence sont fonction de l'ouvrage réalisé

(un béton pour poutre précontrainte est à contrôler plus fréquemment qu'un béton de remplissage

par exemple).

Pour des usages particuliers, bétons routiers par exemple, des mesures de ressuage et de

teneur en air occlus peuvent être nécessaires.

III.3/ Contrôles sur béton durci

IIIIII..33..11// TTyyppeess dd''éépprroouuvveetttteess

Les éprouvettes généralement employées pour contrôler les résistances des bétons sont des

cylindres ; h = 32 cm ou des prismes 10 x 10 x 40 cm.

Cependant, dans le cas particulier des bétons de sable, compte tenu de l'absence de

gravillon, le critère permet parfaitement d'employer des cylindres ; h = 22 cm,



donc de taille et de masse plus faibles, et ce, sans conséquences négatives sur la représentativité

des résultats,

Rappelons que comme pour les bétons classiques la nature du moule (plastique,

métallique, carton) peut dans certains cas influer sur les résistances mesurées.

Les méthodologies de confection et d'essais (surfaçage, conservation, rupture) ne sont pas

différentes de celles des bétons avec gravillons.

IIIIII..33..22// FFrrééqquueennccee dd''eessssaaiiss

Comme pour les essais sur bétons frais, les fréquences de contrôles des bétons durcis

dépendent de l'ouvrage; le DTU 21*, par exemple, prévoit cinq types de chantiers avec des

niveaux de contrôles différents.

Il appartient au cahier des charges de fixer la fréquence des essais de réception, notamment

en fonction des caractéristiques de l'ouvrage.

Compte tenu de la spécificité des bétons de sable, dans le cas où la résistance est le critère

de base, et s'il s'agit d'une fabrication en continu par le BPE, par exemple, une fréquence de

contrôle d'un prélèvement tous les 500 ± 150 m3 paraît suffisante. Pour des productions

discontinues, cette proposition de fréquence doit être adaptée.

III.4/ Autres essais sur bétons

Tous les essais sur bétons durcis qui s’appliquent aux bétons classiques peuvent être

utilisés pour tester les bétons de sable.

IIIIII..44..11// EEssssaaiiss nnoonn ddeessttrruuccttiiffss

Les principaux sont :

• Masse volumique apparente;

• Module d'élasticité dynamique par mesure de la fréquence fondamentale de

résonance;

• Vitesse de propagation du son.

Les essais au scléromètre peuvent être envisages sous réserve, comme pour les bétons avec

gravillons, d'un étalonnage préalable.



IIIIII..44..22// DDééffoorrmmaattiioonnss

La connaissance de certains caractéristiques (module, fluage) est nécessaire pour le calcul

d'ouvrage en béton; certains essais de déformations comme les retraits (ou les gonflements) sont

particulièrement importants.

En effet, les bétons de sable ayant généralement, de par leur structure fine, et donc leur

dosage en eau souvent plus élève, des variations dimensionnelles sous charge nettement plus

élevées (sauf mise au point de formulation particulière) que celles des bétons avec gravillons, Il

est fondamental de les connaître afin de pouvoir prendre les mesures nécessaires (augmentation du

nombre de joints, cure...).

IIIIII..44..33// AAddhhéérreennccee

L'adhérence des bétons de sable, vis-à-vis soit des armatures soit d'un support (béton de

sable projeté), est un caractéristique important a connaître.

IIIIII..44..44// AAuuttrreess eessssaaiiss

D'autres essais particuliers peuvent dans certains cas être nécessaires, comme par exemple

les mesures de résistance aux chocs, de gradient thermique ou de résistance à l'attrition. Dans de

tels cas, des méthodologies spécifiques sont généralement conçues.

III.5/ Essais de durabilité La durabilité des bétons en général est un critère qui est devenu capital compte tenu

principalement des réductions de dosages en ciment et de l'utilisation de plus en plus inévitable de

matériaux potentiellement réactifs.

IIIIII..55..11// EEnnvviirroonnnneemmeennttss

La norme ENV 206 a introduit la notion d'environnement qui a été reprise dans le projet

de norme P 18-305 relative au BPE et qui sera reproduite dans la norme générale « béton » en

cours de rédaction.

Ces environnements sont :

o Sec;

o Humide (avec gel faible, modéré ou sévère);

o Humide avec gel et produits dégivrants;

o Marin (sans gel ou avec gel);



o Agressifs (au sens chimique).

IIIIII..55..22// PPoorroossiittéé,, ppeerrmmééaabbiilliittéé,, ccaappiillllaarriittéé

Les bétons de sable sont susceptibles, de par leur nature, d'avoir des porosités plus élevées

que celles des bétons avec gravillons; Il en découvre que la connaissance et le contrôle de cette

caractéristique (proportion de vide dans le béton) de même que la perméabilité a l'eau on a l’air

(transfert d’eau à travers le béton) en régime permanent et la capillarité remontée d’eau dans le

béton) peuvent être nécessaires en cas d’ambiance agressive de types d'environnements 4 ou 5.

IIIIII..55..33// CCoorrrroossiioonn,, ccaarrbboonnaattaattiioonn

Les techniques d'essais de corrosion, de carbonatation, de pénétration des chlorures, de

résistance aux sulfates sont indépendantes du type de béton, avec ou sans gravillon.

IIIIII..55..44// AAllccaallii--rrééaaccttiioonn

Compte tenu de la possibilité d'emploi de sables peu ou pas utilises jusqu’à présent ou

élaborés à partir de roches massives. Il est nécessaire de vérifier leur potentialité de réactivité avec

les alcalins des éléments

La norme P 18-310 explicite la démarche pour tester les matériaux et définit techniques

palliatives éventuellement necessaires.

IIVV// FFoorrmmuullaattiioonn eett eessssaaii ((RRééff :: NNFF PP 1188 550000))

III.5/ Formulation

Il y a une méthode de formulation de béton de sable proposée par la norme NF P 18 500 ;

mais on peut utiliser quand même les méthodes applicables aux bétons traditionnels

On retrouve pour les bétons de sable les mêmes données de base et les même données

complémentaires que celle des bétons traditionnels. Les proportions des differents constituants

sont déterminées soit par une étude, soit par une experimentation préalable dans les mêmes

conditions que celles du chantier visé.

Il faut aussi tenir compte, comme pour les bétons traditionnels, des actions physique et

chimique dues à l’environnement auxquelles ils sont exposés. Selon la classe d’environnement du

béton durci et selon le type de béton de sable (non armé, armé, précontraint) les spécifications

applicables au béton de sable sont conformes à celles pour le béton par la norme P 18 305 (voir

annexe)



III.5/ Essais

Les bétons de sables sont soumis aux mêmes dispositions que les bétons traditionnels aussi

bien pour les études et les convenances que pour les contrôles.

L’utilisation d’éprouvettes differentes de celles utilisées pour les bétons classiquess est,

lorsqu‘elle est permise par les normes d’essai, subordonnée à l’établissement de coefficent de

conservation.

VV// PPrroopprriiééttééss ddeess bbééttoonnss ddee ssaabblleess eett mméétthhooddeess ddee vvéérriiffiiccaattiioonnss

(Réf : NF P 18 500) Les propriétés du béton traditionnel, frais ou durci, et les méthodes de verification de ces

propriétés sont pratiques pour les bétons de sable.

La classification des bétons en classes de consistance ou en classes de résistance s’applique

de la même façon aux bétons de sable.



CHAPITRE VII / PRATIQUES D’UTILISATION DES BETONS DE SABLE

II// IInnttrroodduuccttiioonn

Les beton de sable peuvent utilisés dans tous les domaine du génie civil; leur composition

depend suivant leur usage et l’exigence du cahier de charge.

Les grands domaines d'utilisation des bétons de sable ont été abordés dans le présent

chapitre sont:

o fondations;

o bâtiment;

o voirie et construction routière;

o Ouvrages d'art;

o Accessoires de VRD.

IIII// FFoonnddaattiioonn

Cette partie aborde l’utilisation du béton de sable dans le domaine des fondations

d’ouvrages (bâtiment, ouvrages d’art, ouvrages maritimes…)

Les fondations profondes d’une part, les réparations et reprises en sous acier d’autre part,

sont plus particulièrement développées. Ces réalisation relèvent en effet de « béton spéciaux » mis

en œuvre avec des matériels et selon des procédés spécifiques, couvrant dans leur ensemble toute

une technologie pour laquelle le béton de sable offre des propriétés parfaitement adaptées.

II.1/ Fondations superficielles

L’utilisation du béton de sable pour la réalisation de fondation superficielles (.semelles,

radiers...) coulées à l'intérieur de coffrages ou en pleine fouille, à l'abri de la nappe ou hors d'eau,

est semblable a celle du béton traditionnel, qu’il s’agisse de fondations d'ouvrages de génie civil

ou des fondations de bâtiments. Les méthodes de dimensionnement et de conception, ainsi que les

dispositions constructives restent applicables.

Pour les fondations superficielles qui en certaines circonstances peuvent être coulées sous

l'eau (caisson...) les conditions d’utilisation de béton de sable sont identiques, tant au point de vue

CHAPITRE VII / UTILISATION DES BETONS DE SABLE



des caractéristiques que des moyens à mettre en œuvre, à celles décrites et après pour les

fondations profondes qui utilisent la technique du tube plongeur.

II.2/ Fondations profondes

IIII..22..11// GGéénnéérraalliittééss

Un chantier de bétonnage de pieux ne peut se concevoir comme chantier de

superstructures, non seulement parce que les matériels et les méthodes de travail diffèrent, mais

aussi parce que le béton de pieu présente lui-même sa spécificité.

Ainsi l'ouvrage « Les pieux forés Respect des règles de l'art » énonce les caractéristiques

fondamentales suivants des bétons pour pieux exécutés en place :

o fluidité, bonne faculté d'écoulement et de serrage sous son poids; prise lente et contrôlée,

o résistance à l'agressivité du milieu par une compacité élevée et une bonne imperméabilité,

o bonne performances mécaniques.

Le béton de sable, de par sa conception et sa composition, répond parallèlement aux

conditions évoquée ci-dessus.

IIII..22..22// CCaarraaccttéérriissttiiqquueess ddeess bbééttoonnss ddee ppiieeuu ppoouurr rrééppoonnddrree aauuxx ccoonnttrraaiinntteess dd’’eexxééccuuttiioonn

Ainsi qu’indiqué précédemment les caractérisatiques fondamentales sont par ordre

prioritaire, les suivantes :

• Fluidité ou maniabilité:

Elle sera obtenue par l’utilisation d’adjuvant, et non par augmentation abusive ou

incontrôlée de la quantité d’eau. Si elle entraîne une meilleure fluidité, ne peut par ailleurs que

nuire aux autres caractéristiques du béton.

• Ségrégation:

Outre le risque d’une ségrégation naturelle liée à la présence de gros éléments, le

phénomène de ségrégation peut être provoque par l’existence de cages d’armatures, et même

accentué par la présence d’eau ou de boue (risque de délavage du béton, d’où présence de nids ce

cailloux…). Cette « perte de fines « tant redoutée justifie à elle seule les dosages élevés en ciment

(400kg/m3 le plus souvent) qui sont retenus au titre de la sécurité, et reconnus comme devant

notamment palier la délicate opération de mise en œuvre au tube plongeur,



De ce point de vue, le béton de sable, outre sa forte teneur en éléments fins, présente

naturellement une homogénéité et une cohésion qui lui assurent un meilleur comportement que le

béton traditionnel face au risque connu de ségrégation .

• Le bétonnage proprement dit

Le bétonnage proprement dit et certaines opérations qui lui succèdes, comme par exemple

l’extraction du tube de travail et la remontée du tube plongeur, impliquent à la fois un déroulement

rapide de la mise en œuvre et une prise différée du béton, obtenue par un choix judicieux de

ciment et l'emploi éventuel d'un retardateur.

• Compacité et imperméabilité

Compacité et imperméabilité qui vont de pair sont difficiles à obtenir car le teneur en eau des

bétons pour pieux est souvent élevée : comme pour les bétons traditionnels, l'emploi d'adjuvant

réducteur d'eau se révèle indispensable dans les bétons de sable pour pieux

• Les performances mécaniques

La bonne compacité du béton de sable, obtenue grâce à la forte proportion en éléments fins

(ciment et fines d'addition notamment) ainsi qu’à l’utilisation systématique d'adjuvant plastifiant

réducteur d’eau, conduit normalement à des caractéristiques mécaniques tout à fait suffisantes.

IIII..22..33// TTeecchhnniiqquuee ddee mmiissee eenn œœuuvvrree

Les trois moyens employés pour la mise en œuvre du béton dans le forage, après mise en

place de la cage d’armatures sont le tube plongeur, la pompe associée au tube plongeur et la benne

à ouverture commandé. Ce dernier moyen, qui fut utilisé plus particulièrement pour les fondations

de grand diamètre (caisson, enceinte, grand barrage…) est aujourd’hui, compte tenu de son

rendement un peu faible, de plus en plus remplacé par la pompe.

IIII..22..44// CCaass ppaarrttiiccuulliieerr ddeess ppiieeuuxx mmoouullééss eexxééccuuttééss àà llaa ttaarriièèrree ccrreeuussee ccoonnttiinnuuee

Lorsque le forage est réalisé à la tarière creuse (à vis simple ou double) le béton est alors

mis en place par l'âme creuse de la tarière continue au fur et à mesure de son extraction. Ainsi le

béton prend en continu la place laissée vide dans le terrain lors de la remontée du train de tarière.

La mise en place d'une éventuelle cage d'armatures, pour reprendre des efforts horizontaux,

ne peut s'effectuer qu'après le bétonnage du pieu cette opération, si elle intervient sans perte de



temps, ne présente pas de difficulté jusqu'à des hauteurs de cage de l'ordre de 12 m. Au delà, la

résistance opposée par le béton du pieu (liée à sa granulométrie, à sa consistance et à son maintien

rhéologique), mais aussi la rigidité de la cage et son centrage interviennent de façon plus sensible

dans la progression de la cage.

IIIIII// LLee bbééttoonn ddee ssaabbllee eenn bbââttiimmeenntt

On peut utiliser le béton de sable dans le domaine du bâtiment ; mais leurs compositions

varient suivants la déstination d’utilisation.

III.1. / Eléments peu ou non porteurs

IIIIII..11..11// BBllooccss pplleeiinnss oouu ccrreeuuxx

A partir de formules à base de sables locaux et moyennant de simples réglages des

installations de production, des produits répondant aux normes en vigueur ont été mis au point.

IIIIII..11..22// BBaannddeeaauuxx CCoorrnniicchheess AAccrroottèèrreess

Ces éléments presque toujours préfabriqués en béton armé ont un classement moyen et

sont peu porteurs ou simplement autoporteurs, leur plus grande dimension n'excédera pas 4 m. Si

les caractéristiques requise restent secondaires (RC28 24 MPa), en revanche, les contraintes

d’aspect prennent ici toute leur importance. On cherchera donc un béton de sable bien chargé en

fines (20 à 30%) pour améliorer la compacité, la maniabilité et l'état de surface au décollage. Pour

une meilleure durabilité de ces éléments très exposés, on visera une densité supérieure ou égale à

2,25. Le béton de sable affiche naturellement une très bonne résistance au gel de par la répartition

et les dimensions du microbillage, ce qui le prédispose à cette utilisation.

III.2. / Éléments de structures porteurs

IIIIII..22..11// PPoouuttrreess

Les expérimentations réalisées sur des poutres en béton armé ont montré que le béton de

sable présentait une meilleure répartition de la fissuration, liée probablement à la valeur

sensiblement plus faible de son module de Young. Cette plus grande souplesse du matériau peut

s’avérer intéressante en cas de risque de déformation imposé (tassement d’appui, par exemple).



Cette caractéristique pourrait également être mise à profit pour la construction en zone

sismique.

IIIIII..22..22// pprrééddaalllleess pprrééccoonnttrraaiinntteess

Les contraintes de productivité sont très fortes sur ces produits de grande diffusion. La

rotation des bancs par étuvage est la règle et la résistance au démoulage doivent atteindre des

valeurs importantes (25MPa à 6h), combinées à une bonne adhérence des fils de précontrainte.

Des expérimentations en laboratoire et usine ont démontré la faisabilité de prédalles

précontraintes en béton de sable. Avec un dosage de 120 Kg de CPA, 30 MPa ont été atteints

après 6h d’étuvage.

L’acheminement du béton de sable sec (E/C = 0,5) à forte cohésion, peut présenter des

difficultés de vidange des trémies de distribution. On évitera aisément de tels problèmes en

installant des vibreurs de surface a proximité des trappes.

Comme pour les béton classiques, le choix des adjuvants, réducteur d'eau ou super

plastifiant, devra être judicieux et défini par essai en usine pour parvenir aux meilleurs résultats

IIIIII..22..33// FFoonnddss ddee mmoouulleess

Il est possible de réaliser aisément en faible épaisseur des fonds de moules coffrants qui

constitueront la face apparente du panneau final.

Le béton de sable sera avantageusement porteur de l'esthétique de l'ouvrage dont les

dimensions définitives seront obtenues par un coulage complémentaire sur site.

III.3/ Eléments horizontaux

• Dallage Les dallages à radiers sur terre plein, dalles de compression de planchers hourdis ou de

planchers sur prédalles, dalle armées coffrée assurent les fonctions distinctes de fondations et

supports de revêtement horizontaux. Ils cumulent, de ce fait, les contraintes afférentes.

Dans ces usages, la « souplesse » du béton de sable, déjà mise en exergue, présente

l’intérêt de lui conférer une excellente aptitude a transmettre les charges au sol en limitant la

concentration de contraintes et donc la fissuration.

A noter toutefois que certaines formulations de bétons de sable courants peuvent, selon la

nature et le dosage des constituants, induire des valeurs moyennes de retrait supérieures à celles



observées sur des bétons classiques équivalents et, de ce fait, nécessiter des précautions

particulières.

On veillera à respecter strictement les prescriptions en matière de calcul des distances entre

joints, et l'on systématisera les procédures de cure visant à réduire l'importance du retrait au jeune

âge. On pourra aussi faire appel, pour les mêmes raisons, à l'adjonction de fibres.

• Dallages industriels Pour la réalisation de ces ouvrages, soumis à de fortes sollicitations, il est souvent fait

appel à des techniques de type routier : les applications dallages industriels sont, pour cette raison,

traitées avec les bétons de voirie,

• Dallages en béton de sable coloré La recherche d'effets esthétiques particuliers peut conduise à envisager l'utilisation de

bétons de sable colorés.

L'utilisation du béton de sable colorés valorie l'esthetique d'un dallage, elle peut même

présenter des avantages du point de vue des performances mécaniques par rapport à bon nombre

de produits du marché destinés au même usage, il conviendra cependant de prendre les precautions

suivantes (la plupart de ces remarques étant d’ailleurs applicables aux bétons traditionnels

colorés) :

S’assurer d’une bonne homogénéisation du colorant au malaxage et de la régularité de

fabrication;

Éviter les forts dosages en colorant : 3 % du poids du ciment parait être un plafond:

Eviter les remaniements de surface après réglage : si le passage d'une toile de jute reste

acceptable pour obtenir une légère rugosité, le triage du béton de sable s'avère délicat et ne

contribue pas à améliorer le fini, d'auttant plus qu'il peut générer des traces disgracieuses de

ressuage;

III.4/ Éléments verticaux

Le domaine d'emploi de ces éléments : poteaux, voiles, murs et parois en béton banché...

est vaste et, selon la destination et la fonction des éléments, les bétons mis en œuvre nécessitent

des caractéristiques et performances très variées.

En effet, les performances mécaniques exigées d'un béton destiné à la fabrication d'un

poteau élancé, soumis à de fortes charges, n'ont rien de commun avec celles d'un béton banché à

seule fonction de remplissage.



Les performances des bétons de sable répondant à la plupart des exigences courantes

habituellement requises, le choix du matériau résultera de la volonté d'exploiter une ou plusieurs

de ses propriétés spécifiques, qu'elles soient d'ordre technique, quand prévalent, par exemple, des

exigences de maniabilité et d'esthétique, ou d'ordre économique, en fonction du contexte.

IIVV // LLee bbééttoonn ddee ssaabbllee eenn vvooiirriiee

IV.1. / Généralités

Chaussées en béton

Pour la réalisation de structures de chaussées, le béton de ciment classique peut être utilisé

comme couche de fondation — bétons maigres ou bétons poreux — ou comme couche de

roulement — bétons traditionnels. Dans ce deuxième cas, le béton peut être recouvert d'une

couche de surface venant améliorer la résistance à l'usure de la chaussée, ainsi que le confort et la

sécurité des usagers.

Dans les chaussées réalisées en béton de ciment, le coût du matériau béton représente plus

de 50 % du coût de la structure, hors emprise, terrassement, et ouvrages d'art éventuels.

L'emploi de béton de sable, en remplacement des bétons de ciment classiques ou des

bétons maigres, peut constituer une variante de structure rigide intéressante sur le plan

économique, en raison du coût de fabrication moindre de ce matériau. Ce sera notamment le cas

dans une situation de pénurie en gravillons.

Dallages industriels

Les bétons employés dans les dallages s'apparentent à ceux utilisés pour les chaussées,

mais, selon leur destination, les performances mécaniques demandées peuvent être moins élevées.

De plus, les dallages étant le plus souvent horizontaux ou à très faible pente, des bétons fluidifiés

peuvent être utilisés.

Équipements de voirie extrudés

Il s'agit généralement des caniveaux, bordures, murets, séparateurs, glissières de sécurité

réalisés en béton à l'aide de machines à coffrages glissants.

IV.2. / Domaine d’application des bétons de sable

En construction routière, les bétons de sable peuvent être utilisés dans les trois types

d’ouvrages précédemment citer :



Par rapport aux chaussées en béton traditionnel, la mise en œuvre des chaussées en béton

de sable ne présente pas de difficultés particulières.

Seuls quelques aménagements sont nécessaires sur les machines a coffrages glissants.

L'utilisation du béton de sable comme couche de chaussée se trouve en particulier justifiée

par l'économie éventuelle sur le coût des matériaux que la solution béton de sable doit permettre

de réaliser.

Pour les dallages industriels, en plus de l'économie réalisée sur le coût des matériaux, la

facilité de mise en œuvre pourra également justifier le choix d'une solution béton de sable.

Pour les équipements de voirie extrudés, c'est une analyse au cas par cas de chaque type

d'ouvrage qui permettra d'identifier l'intérêt amené par l'utilisation de béton de sable, par exemple

sous les aspects coût, facilité de mise en œuvre, esthétique, etc.

IV.3 / Caracteristiques demandées aux bétons de sable de voirie

Plasticité : 2 à 6 cm, au cône d’Abrams (norme NF P 18451)

Maniabilité LCPC : 10 à 30 secondes, au maniabilimètre à béton (norme NF P 18452)

Teneur en air occlus : 8 à 10 %, à l'aéromètre à béton (norme NF P 18353)

Performance mécaniques : elles sont consignées dans le Tableau n°21 ci-dessous,

conformément à la norme NF P 981 70.

Tableau n°21 Classes de résistance des bétons routiers, selon la norme NF P 981 70. Résistances caractéristiques à 28j en MPa Classes de résistance

NF P 98 170 Compression NF P 18 406 Fendage NF P 18 408 6 50 3,3 5 45 2,7 4 30 2,4 3 25 2 2 20 1,7 1 15 1,3

Les classes 1 et 2 correspondent à des bétons de sable qualifiés de maigres, avec un dosage

en ciment compris entre 150 et 220 kg/m3

La classe 3 correspond à des bétons de sable dosés entre 250 et 300 kg/m3

La classes 4 et 5 correspondent à des bétons de sable dosés entre 300 et 370 Kg/m3

La classe 6 de la norme parait peu applicable aux bétons de sables, pour des raisons

économiques.



Fatigue : l’expérience sur la caractérisation, par des essais de laboratoire, du comportement

en fatigue des bétons de sable, reste à ce jour très limitée. C'est également le cas pour les autres

bétons traditionnels. Comme explicité dans les exemples de dimensionnement traités dans la partie

II, les paramètres des bétons de sable pour le dimensionnement seront en fait directement déduits

de la résistance en fendage à 28 jours, et non de résultats d’essais de fatigue le plus souvent non

disponibles.

IV.4 / Applications chaussées en béton –dimensionnement

Comme pour les chaussées en béton classique, le bon comportement des chaussées en

béton de sable est très largement conditionné par les aspects drainage, non érodabilité du support,

présence de surlargeur, etc. Une attention particulière sera de la même façon accordée aux

opérations de contrôle de la qualité et des performances mécaniques du béton utilisé, ainsi qu'à ses

conditions de mise en œuvre.

Classement des chaussées selon l’importance du trafic journalier :

o Classe To : Chaussées à fort trafic, plus de 2000 vehicules poids lourd par jour

dans les deux sens

o Classe T1 : Chaussées à fort trafic, 750 à 2000 vehicules poids lourd par jour

dans les deux sens

o Classe T2 : Chaussées à trafic moyen, 300 à 750vehicules poids lourd par jour

dans les deux sens

o Classe T3- : Chaussées à trafic moyen, 100 à 300 vehicules poids lourd par jour

dans les deux sens

o Classe T3+ : Chaussées à trafic moyen, 50 à 100 vehicules poids lourd par jour

dans les deux sens

o Classe T4 : Chaussées à faible trafic, 25 à 50 vehicules poids lourd par jour

dans les deux sens

o Classe T5 : Chaussées à faible trafic, 10 à 25 vehicules poids lourd par jour

dans les deux sens

o Classe T6 : Chaussées à faible trafic, 0 à 10 vehicules poids lourd par jour dans

les deux sens

IIVV..44..11// CChhaauussssééeess àà ffoorrtt ttrraaffiicc :: TTOO eett TTll

L'emploi du béton de sable comme couche de revêtement n'est pas retenu pour les

chaussées à fort trafic. Par contre, le béton de sable peut être utilisé comme couche de fondation :



les bétons de sable correspondant aux classes de résistance 1, 2 et 3 peuvent alors être envisagés.

En pratique, le choix de ce niveau de performances du béton de sable, dépendra de la stratégie de

construction du maître d'œuvre. Il relèvera donc de sa propre responsabilité.

Il convient de signaler ici, à titre de référence, que seuls les bétons correspondant aux

classes de résistance 2 et 3 sont retenus pour la conception et le dimensionnement des structures

de chaussées du Catalogue des structures neuves de la Direction des Routes, dans ce contexte

d'utilisation (trafics TO et T1 en couche de base).

Pour assurer le bon comportement à long terme de la chaussée, les performances du béton

de sable vis-à-vis du phénomène d’érodabilité doivent être l'objet d'une attention particulière.

Ainsi, dans le cas ou la couche de roulement sera du type dalles californiennes ( dalles

courtes discontinues en béton non armé non goujonné, avec joints transversaux sciés ou moulés,

sur couche de fondation traitée) un débit d'érosion du béton de sable utilisé, inférieur à 25 g/min,

mesurés à l'essai d'érodabilité à la brosse métallique , est à vérifier

Pour les autres structures , assurant en géneral de meilleurs conditions de transfert de

charge aux joints, des performancs moindres peuvent être envisagés selon le cas.

Pour obtenir les performances de résistance et de non érodabililé requises ici, il ne sera pas

nécessaire dans la plupart des cas d'incorporer, dans ces bétons de sable, des additions (les sables

utilisés étant le plus souvent « fillérisés »), ni des adjuvants ou autres ajouts. Il faudra préférer un

dosage élevé d'un liant peu performant à la recherche d'un dosage faible avec un liant, performant.

Par exemple, on préférera un ciment classe 35 à un ciment de classe 45, ou on utilisera un

liant « routier » ayant reçu un agrément technique et compatible avec les adjuvants habituellement

utilisés (entraîneur d’air).

IIVV..44..22 // CChhaauussssééeess àà ttrraaffiicc mmooyyeenn :: TT33++ eett TT22

Béton de sable en fondation

Les conditions d'utilisation sont celles exposées au paragraphe precedente pour les trafics

T0 et T1.

Dalle épaisse de béton de sable goujonnée ou armée, revêtue d'un béton

bitumineux très mince (BBTM)

On retiendra ici des bétons de sable de classe 2 ou 3 dosés entre 200 et 300 Kg/m3 de

ciment.



A titre de référence, il convient de signaler à nouveau que, pour le dimensionnement des

structures neuves relevant de la Direction des routes, seuls sont prévus comme béton de

revêtement :

o Pour le trafic T2, les bétons de classe supérieure ou égale à 4;

o Pour le trafic T3+, les bétons de classe supérieure ou égale à 3.

Le complément en éléments fins par rapport au ciment est ici utile pour améliorer les

performances mécaniques du matériau.

En général, on préférera différer la mise en œuvre de la couche de BBTM pour obtenir un

bon accrochage. S'il n'est pas possible de différer l'application de la couche de roulement, un léger

grenaillage sera réalisé afin d'éliminer le mortier fragile de surface et le produit de cure.

Dalles minces goujonnées avec couche de béton traditionnel intégrée en surface

Ce type d'utilisation nécessite des bétons de sable classe 4 ou 5 dosés en 300 et 350 kg/m3

de ciment.

Les éléments fins autres que le ciment, apportés par l’incorporation d’addition et/ou

présents dans le(s) sable(s), sont ici nécessaires à l'amélioration du comportement mécanique, et

aussi de la compacité.

Les joints seront sciés tous les 3 à 4 m.

Les 2 couches peuvent être mises en œuvre, soit simultanément, soit successivement. Dans

les deux cas, l’organisation de chantier doit être adaptée aux contraintes propres à la solution

retenue. Les conditions de mise en œuvre devront notamment assurer l’adhérence parfaite et

durable de ces 2 couches.

Béton de sable armé continu avec couche de béton traditionnel intégrée en

surface

Les conditions d'utilisation sont celles exposées au paragraphe précédent pour la structure

à dalles minces goujonnées, sauf en ce qui concerne les joints : absence de joints transversaux,

sauf éventuellement en fin de journée, maintien de joints longitudinaux entre voies ou de joints de

construction.

Béton de sable armé continu revêtu d'un BBTM

Les conditions d'utilisation sont également celles exposées ci-dessus pour la structure à

dalles minces goujonnées, sauf en ce qui concerne les joints. Le BBTM sera réalisé dans les

mêmes conditions que pour la dalle épaisse.

IIVV..44..33// CChhaauussssééeess àà ffaaiibbllee ttrraaffiicc:: TT66,, TT55,, TT44,, TT33 eett ppiisstteess ccyyccllaabblleess

béton de sable en dalles épaisses



On utilisera pour ces structures des bétons de sable, classe 2 ou 3 dosés entre 200 et 300 kg

de ciment par m3

La résistance mécanique et la compacité seront ici aussi améliorées par un comportement

en élément fins.

Les joints seront sciés ou moulés tous les 3 à4m.

Comme pour les bétons traditionnels, si la fiabilité du sable utilisé est inferieur à 20, la

rugosité de surface sera obtenue par balayage

Si la fiabilité supérieure à 20, il faudra prévoir en surface, soit un cloutage, soit un BBTM,

soit un enduit.

Dalles minces

Elles seront réalisées avec des bétons de sable, classes 4 ou 5, dosés entre 300 et 370 Kg de

ciment par m3

L’apport complémentaire en éléments fins autres que le ciment est encore nécessaire ici

pour améliorer la rhéologie et la compacité.

Les joints seront sciés tous les 2,5 à 3,5 m.

Le traitement de surface sera réalisé dans les mêmes conditions que pour la dalle épaisse.

IIVV..44..44 // DDiimmeennssiioonnnneemmeenntt ddeess cchhaauussssééeess eenn bbééttoonn ddee ssaabbllee

Méthode générale

Cette méthode de dimensionnement combine l'utilisation d'un modèle de calcul théorique

(modèle multi-couches de Burmister), la caractérisation en laboratoire du comportement en fatigue

des différents matériaux (courbe de Wôhler), et les données pour le calage du modèle, issues

d'observations sur le comportement de structures réelles ou expérimentales.

La méthode française de dimensionnement des chaussées est exposées en détail dans la

partie II, auquel il convient obligatoirement de se référer pour le calcul des structures utilisant le

béton de sable : « Guide technique conception et dimensionnement des structures de chaussées,

LCPC - SETRA, 1994 ».

Coefficient de calage

Cette étude a conduit à préconiser pour le béton de sable, une valeur du coefficient de

calage kC différente de la valeur adoptée sur les bétons habituels :

kc = 1,40 pour le béton de sable.

Cette valeur différente du coefficient de calage (kc =1,50 pour les bétons de ciment

habituels) constitue l'unique modification à appliquer aux règle de dimensionnement fixées pour le

calcul des chaussées en béton de ciment classique par le guide technique LCPC-SETRA.



IV.5 / Application dallages industriels

Les dallages industriels seront réalisés conformément aux documents réglementaires et

normatifs en vigueur. On pourra notamment se référer aux règles professionnelles «Travaux de

Dallage »

Les résistances caractéristiques minimales à 28 jours (20 MPa en compression et 1,9 MPa

en traction-flexion) peuvent être atteintes avec des bétons de sable classes de résistances 3,4,5 et 6

selon la norme NFP 981 70. Les bétons de sable préparés avec des superplastifiants ne pourront

être utilisés qu'avec des pentes faibles.

Les valeurs de retrait du béton de sable sont généralement plus importantes que celles du

béton de Ciment classique.

IV.6 / Application équipements de voirie éxtrudés

De types d'équipement sont ici à envisager :

o les structures horizontales dont la hauteur est inférieure ou égale à 0,25 m

o les structures verticales dont la hauteur est supérieure à 0,25 m.

• Structures horizontales : bordures de trottoir, caniveaux en V évasé. On utilisera des

bétons de sable de classes 4 ou 5, dosés entre 300 et 350 kg de ciment par m3.

L'apport complémentaire d'éléments fins est utile pour améliorer la rhéologie et la

compacité. L'utilisation d'un plastifiant réducteur d'eau est également recommandée.

Des joints de retrait seront réalisés tous les 2 à 3m.

• Structures verticales : murets, séparateurs, caniveaux en U. Dans l'état actuel des

connaissances, tous les bétons de sable ne peu vent pas convenir à la réalisation de ces structures.

En particulier un évitera pour ces structures verticales les bétons de sable obtenus à partir de

sables roulés.

Des études spécifiques sont à faire pour obtenir des bétons de sable de classe 4-5 dosés

entre 300 et 350 kg/m3, permettant d'assurer la stabilité en sortie de coffrage. Ceci pourra être

obtenu par exemple par des ajouts (sable concassé, fibres) et/ou par un choix et une utilisation

judicieuse d'adjuvants.

IV.7 / Bétons de sable compactés pour chaussées

Les structures de chaussée en béton compactes sont peu utilisées et limitées aux trafics

inferieurs à la classe T1



Il est possible d’envisager l’emploi de béton de sable mis en œuvre par compactage.

L’étude de composition sera réalisée selon la méthode pratiquée pour les grâves traitées aux liants

hydrauliques. Le dosage en liant, qui pourra être soit du ciment avec des cendres volantes, soit un

liant routier, sera compris entre 250 et 330 kg/m3.

Lors de la fabrication, la teneur en eau devra être parfaitement maitrisé sinon la mise en

œuvre deviendra très délicate voire impossible.

Les bétons de sable compactés recevront en surface selon l’importance du trafic soit un

BB (Béton Bitumineux), soit un BBTM (béton bitumineux très mince), soit un enduit.

Dans le cas d'un BB, un système anti-remontée de fissures devra être appliqué

VVII// OOuuvvrraaggeess dd’’aarrtt

VI.1/ Destinations et exigences pour les bétons d'ouvrages d'art

Les exigences demandées à un béton sont bien évidemment fonction de la nature d'ouvrage

à laquelle il est destiné (fondation,apuis, tablier, equipement de tablier, perrés,ouvrage d’art..).

VVII..22..11// FFoonnddaattiioonnss

Ces parties d'ouvrage nécessitent davantage de qualités de maniabilité, d'homogénéité,

voire de résistance aux eaux agressives, que de hautes résistances mécaniques, et le béton de sable

peut avantageusement répondre à la demande.

VVII..22..22// AAppppuuiiss

C’est le domaine des bétons de masse, à bonnes performances mécaniques, et, sauf pénurie

de gravillons ou nécessité impérieuse de pomper le béton, l'emploi du béton de sable est peu

adapté. Toutefois, certaines prescriptions architecturales peuvent privilégier l'utilisation de béton

de sable en parement : finesse du coffrage, rappel de teintes locales...

VVII..22..33// TTaabblliieerrss

Toutes les contraintes correspondent au domaine des bétons de hautes et très hautes

performances, en particuliers des performances mécaniques (résistances et module élastique),

obtenues très tôt dans la vie du béton. En l’état actuel des connaissances, les bétons de sable

répondent mal à ce type d’utilisation.

VVIIII// AAcccceessssooiirree ddee vvooiirriiee eett rreesseeaauuxx ddiivveerrss

IV.1/ Conduites d’assainissement regards



Le béton de sable trouve aisément sa place dans les secteurs diversifiés de la

préfabrication. Son adéquation est notamment à signaler dans la fabrication de tuyaux, regards ou

tous accessoires armés ou non armés, utilisés dans les canalisations étanches d’assainissement à

l’écoulement libre destinées à l’évacuation des eaux pluviales ou des eaux usées.

IIVV..11..11// FFaabbrriiccaattiioonn

• Conditions

Les conditions pour obtenir un produit, répondant aux exigences des normes en vigueur

varient peu de celles des préfabrications des éléments en béton classique. Néanmoins, certains

écarts techniques même minimes (teneur en eau, mode de vibration...) peuvent être amplifiés dans

le cas des bétons de sable. Si le moulage de conduites d'assainissement sur matériel industriel

existant est sans difficulté, le procédé de fabrication en série de tuyaux en béton de sable exige,

pour chaque type de diamètre (300, 800, 1 000) d'une part, une précision des réglages (fréquence

et durée de la vibration, intensités de la centrifugation ou des compressions axiales) et d'autre part,

le respect de la formule béton de sable et de son mouillage.

• Contraintes

Pour parvenir à fabriquer un produit acceptable, il est nécessaire de mettre en œuvre un

béton de sable dosé à 350 kg/m3 de ciment (de préférence un ciment CPA HP) à E/C faible.

L'emploi d'un adjuvant réducteur d'eau-plastifiant est, à ce titre, obligatoire.

Si la teneur en fines du sable utilisé est insuffisante, l'incorporation de filler sera nécessaire

pour améliorer la compacité.

Si les produits sont destinés à être placés dans des environnements agressifs, la formule

devra en tenir compte et être étudiée à ces fins (choix du ciment, apport de fumée de silice,

adjuvantation...).

IIVV..11..22// CCaarraaccttéérriissttiiqquueess ddeess pprroodduuiittss

Les conditions sont considérées satisfaisantes dès que les produits finis peuvent être

caractérisés et classés selon les normes NF P 16-341 et 16-342. Les essais de contrôle portent sur

les mesures dimensionnelles, les caractéristiques mécaniques et le degré d'étanchéité.

Généralement, les mesures dimensionnelles sont bien respectées, quant à l'épaisseur de la paroi et

à la longueur utile des tuyaux, qu'ils soient armés ou non armés. Les essais de résistance à la



compression sur tuyaux ou regards conformes aux prescriptions des normes permettent de définir

ces produits.

CCOONNCCLLUUSSIIOONN

On a pu constater que le béton classique et le béton de sable relèvent de même technologie

et présentent des propriétés générales très voisines, en particulier, du point de vue composition et

caractéristiques. En outre, l’utilisation du béton de sable peut recouvrir presque tous les domaines

où s’applique le béton classique.

Seulement, la différence réside dans la proportion des constituants sur lesquelles jouent les

performances. Ainsi, notre souci serait donc de trouver les proportions adéquates qui permettent

d’égaler les performances du béton classique selon les utilisations et qui feront à juste titre l’objet

de la partie suivante.


2007


Partie : II ETUDE EXPERIMENTALE - APPLICATIONS

PPaarrttiiee :: IIII EETTUUDDEE EEXXPPEERRIIMMEENNTTAALLEE - AAPPPPLLIICCAATTIIOONNSS


2007



Le béton de sable prend aujourd'hui sa place dans ses familles. Comme on l’a déjà vu

dans la partie précédente, des caractéristiques spécifiques peuvent en faire un matériau

recherché pour un usage donné. Pour pouvoir contribuer à l’étude de béton de sable,

plusieurs essais ont alors été procédés.

La caractérisation des matières premières utilisées est une étape préliminaire avant

d’effectuer les essais. Pendant les essais on a suivi les indications dans le chapitre VI

paragraphe 3. Seulement, on a utilisé un autre type d’éprouvette pour contrôler les

résistances, de dimension 4x4x16 cm, vu que le béton de sable est supposé de la même

classe que le mortier et ceci par souci d’économie de ciment.

Les études expérimentales ont pour objectif d’établir les meilleures méthodes de

formulation et de tirer différents types de composition selon la résistance désirée. Nous

verrons dans cette partie deux types d'approche : une approche théorique qui constitue une

base de formulation de bétons de sable et une approche expérimentale basée sur la

réalisation de gâchées successives.


2007


CHAPITRE VIII / DESCRIPTION ET CARACTERISATION DES ESSAIS

II // MMeetthhooddeess eexxppeerriimmeennttaalleess

I.1/ Caracteristiques physiques

II..11..11// TTeenneeuurr eenn eeaauu nnaattuurreellllee

Les matériaux sont placés dans une étuve à 105 °C jusqu’à l’obtention d’un poids

constant. Soit P0 le poids initial du matériau et soit P1 son poids exempt de toute eau

d’adsorption, L’expression de la teneur en eau W1 est:

W1[%] = 100( P0 - P1) [24]

II..11..22// DDeennssiittééss

• Masse volumique apparente :

C’est le poids de l’unité de volume du matériau, vides entre les grains inclus. Sa

détermination consiste à:

o remplir un récipient taré de 1 litre avec le matériau versé en filet continu

avec un entonnoir,

o a raser ensuite la surface en évitant de tasser,

o peser le tout.

• Masse volumique absolue :

C’est le poids d’une quantité de matériau tel que le volume réellement occupé par la

matière solide est égal à l’unité. Sa détermination préconise l’utilisation d’un pycnomètre.

• densités

Densité apparente est le rapport de la masse volumique apparente du matériau sur la

masse volumique apparente de l’eau :

CHAPITRE VIII / DESCRIPTION DES METHODES DE CARACTERISATION ET D’ESSAIS


2007


dapp = ; [25]

Densité absolue c’est la masse volumique absolue du matériau rapportée à celle de

l’eau:

dabs = [26]

II..11..33// GGrraannuulloommééttrriiee

Les analyses granulométriques de nos échantillons ont été faites par la méthode

classique du tamisage pour la fraction supérieure à 80 , et par sédimentométrie pour la

fraction inférieure à 80 . I.3 / La méthode du tamisage consiste à faire passer une masse bien déterminée de

matériau à travers une série normalisée de tamis de différents modules. Les refus sont pesés,

on en déduit les tamisats. On trace la courbe représentant les tamisats cumulés.

La sédimentométrie est une méthode qui consiste à mesurer la densité d’une

suspension de l’échantillon après un temps t de sédimentation, et à calculer le diamètre et le

pourcentage des grains à la profondeur de mesure.

L’ensemble de ces deux méthodes nous renseigne sur la distribution dimensionnelle

des grains de nos échantillons en poudre et permet de tracer leur courbe granulométrique.

II..11..44// EEqquuiivvaalleenntt ddee ssaabbllee

L’essai d’équivalence de sable est utilisé pour évaluer la propreté des sables entrant

dans la composition du béton. La mesure, effectuée sur la fraction de granulat passant au

tamis 5mm, rend compte globalement de la quantité et de la qualité des éléments fins

contenus dans cette fraction. L’essai est effectué avec 120g d’échantillon.

On lave cet échantillon par une solution lavante capable de floculer les éléments dins

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

éléments suivants :

La hauteur h1 : sable propre + élément fins ;

La hauteur h2 : sable propre seulement ;

On en déduit l’équivalent de sable : ES(%)=100.h1/h2 [27]

On mesure h2 de deux façons, soit visuellement, noté h’2, pour déterminer

l’équivalent de sable vue (ESV), soit avec un piston pour ES noté h2


2007


II..11..55// SSuurrffaaccee ssppéécciiffiiqquuee

La détermination de la surface spécifique de nos poudres a été faite par la méthode

de Blaine.

Surface spécifique de Blaine:

La méthode nécessite l’utilisation de l’appareil de Blaine ou «Perméabilimètre de

Blaine ». Elle est basée sur le temps que met un volume d’air constant, sous une pression et

température bien déterminée, pour traverser une couche de matériau tassée dans des

conditions bien définies. Ce temps est proportionnel à la surface développée par tous les

grains de solides de l’échantillon.

II..11..66// RReettrraaiitt

La mesure du retrait est effectuée sur des éprouvettes prismatiques 4 x 4 x 16 cm sur

mortier normal (norme NF P 15 433). Le retrait est limité à 0,8 mm/m ou 1mm/m selon le

type de ciment.

I.2/ Caracteristiques mecaniques

Les propriété mécaniques sont évaluées à partir d’essais de résistance en

compression simple, sur mortier normal selon la norme NF E N 196-1, pour les ciment et sur

le béton durci.

Essai sur béton

II..33..11// EEssssaaii ssuurr bbééttoonn ffrraaiiss

Malaxage du béton (Réf NF P 10-404)

Le malaxage consiste à mélanger les constituants du béton afin d’obtenir une gâchée

bien homogène. Il se fait de la manière suivante: on introduit tout d’abord les constituants

solides avec un ordre bien déterminé suivi d’un malaxage à sec de l’ordre de 1 minute, on

ajoute ensuite l’eau de gâchage et poursuivre le malaxage pendant 2 minutes.

Essai d’affaissement (Réf: NF P 18-451)

Cet essai consiste à estimer l’ouvrabilité du béton en mesurant son affaissement au

cône d’Abrams. On introduit le béton dans le cône fixé sur une plaque en trois couches de

même hauteur et on pique de 25 coups bien repartis à chaque couche.


2007


Après démoulage, on procède dans la minute à la lecture de l’affaissement en

descendant la barre horizontale de la potence coulissante jusqu’au point le plus haut du

béton affaissé.

Confection et conservation des éprouvettes(Réf: NF P 18-405)

La confection des éprouvettes consiste à mouler le béton frais et à procéder à sa mise

en place. Le remplissage de la moule se fait en deux couches.

Dans le cas d’affaissement 9cm, on utilise une aiguille vibrante pour la mise en

place. Le moule ayant été rempli de béton en une ou plusieurs couches, on descend l’aiguille

verticalement dans l’axe de l’éprouvette et la retirer lentement pendant les 5 dernières

secondes. La durée de vibration à respecter est donnée par le tableau qui suit:

Tableau n°22 Temps de vibration pour la mise en place du béton

Affaissement mesuré

[cm]

Temps de vibration (second)

Première couche

Temps de vibration (second)

Deuxième couche 1 24 29 2 22 26 3 20 24 4 18 22 5 16 21 6 15 19 7 13 18 8 13 16 9 11 15

Dans le cas d’un affaissement 10cm, la mise en place se fait par piquage. Chaque

couche donne lieu à un piquage dans tout son épaisseur et en faisant légèrement pénétrer la

pique dans la couche précédente. Le nombre de coup par couche étant de dix par centimètre

carré de surface.

On conserve les éprouvettes sans les déplacer pendant 24 heures ± une heure, on

effectue ensuite le démoulage. On les met après à l’eau (immersion complète) à 20°C.

II..33..22// EEssssaaii ssuurr bbééttoonn dduurrcciiss

Surfaçage des éprouvettes (Réf: NF P 18-416)


2007


Le surfaçage des éprouvettes s’effectue en déposant à leurs extrémités (faces de

chargement)/une surface constituée de mélange de soufre et de matériau granuleux. Il

s’applique aux éprouvettes retirées de l’eau une demi- heure avant. L’épaisseur de la couche

de surfaçage devant être comprise entre 2 et 4 mm.

Essai de compression (Réf: NF P 18-406)

On procède à l’exécution de l’écrasement des éprouvettes 30 minutes après le

surfaçage. On place l’éprouvette à écraser, sur la machine de compression, bien centrée et la

face d’arasement vers le haut. On met la machine à la mise en charge continue à la vitesse

moyenne de 0,5 Mpa par seconde et on exécute l’écrasement.

IIII // CCaarraacctteerriissttiiqquueess ddeess mmaattiièèrreess pprreemmiièèrreess

Chacun sait que la nature, la qualité et les caractéristiques des matériaux constituant

la composition du béton ont une grande influence pour tous ses comportements.

Elles jouent alors un rôle prépondérant dans notre étude, leur connaissance est donc

vraiment nécessaire.

II.1/ Sables

Nous utilisons quatre variétés de sable durant nos essais : Sable de rivière type 1,

Sable de rivière type 2, Sable de carrière, Sable de dunes.

IIII..11..11// PPrroopprriiééttééss dduu ssaabbllee ddee rriivviièèrree 11

Densité apparente : 1,52

Densité absolue : 2,55

Equivalent de sable : 84

Dimension du tamis retenant 90% du granulat (d) : 0,1mm

Dimension du tamis retenant 10% du granulat (D) : 4mm

Module de finesse : 2,706


2007


Resultat d’analyse granulometrique : Tableau n° 23 : résultat d’analyse granulométrique du sable de rivière 1

Figure n°19 : Courbe d’analyse granulométrique sable de rivière 1

IIII..11..22// PPrroopprriiééttééss dduu ssaabbllee ddee rriivviièèrree 22





SABLE DE RIVIERE 1

d (mm) Mod tamis Refus (%) Passant (%)

0,08 20 100 0

0,16 23 98,1 10,9

0,315 26 76,5 23,5

0,63 29 53,2 46,8

1,25 32 33,4 66,6

2,5 35 18,4 81,6

5 38 0 100


2007


Dimension du tamis retenant 10% du granulat (D) : 1mm


Resultat d’analyse granulometrique : Tableau n° 24 : résultat d’analyse granulométrique du sable de rivière 2

SABLE DE RIVIERE 2


0,08 20 93,2 6,8

0,16 23 80,3 19,7

0,315 26 59,4 40,6

0,63 29 32,2 67,8

1,25 32 0 100

Figure n°20 : Courbe d’analyse granulométrique sable de rivière 2

IIII..11..33// PPrroopprriiééttééss dduu ssaabbllee ddee ccaarrrriièèrree




Dimension du tamis retenant 90% du granulat (d) : 0,08

Dimension du tamis retenant 10% du granulat (D) : 5



2007


Resultat d’analyse granulometrique :

Tableau n° 25 : résultat d’analyse granulométrique du sable de carrière

Figure n°21 : Courbe d’analyse granulométrique sable de carrière

IIII..11..44// PPrroopprriiééttééss dduu ssaabbllee ddee dduunneess





Dimension du tamis retenant 10% du granulat (D) : 1,25mm


SABLE DE CARRIERE


0,08 20 98,3 1,7

0,16 23 74,8 25,2

0,315 26 66,7 33,3

0,63 29 59,3 40,7

1,25 32 49,7 50,3

2,5 35 33,2 66,8

5 38 0 100


2007


Resultat d’analyse granulometrique : Tableau n° 26 : résultat d’analyse granulométrique du sable de dunes

SABLE DE DUNES


0,08 20 100 0

0,16 23 98,7 1,3

0,315 26 86,4 13,6

0,63 29 75,2 24,8

1,25 32 1,9 98,1

2,5 35 0 100

5 38 0 100

Figure n°22 : Courbe d’analyse granulométrique sable de dunes

II.2/ Ciments


2007


Nous utilisons deux types de ciment de la société HOLCIM :

- Un ciment Portland CEM I 42,5 N

- Un ciment Portland composé CEM II / A 42,5N

Les caractéristiques sont données da ns le tableau suivante : Tableau n° 27 : Caracteristiques des ciments utilisés

Types CEM I 42,5N CEM II /A 42,5N

FCE (MPa) 59,8 58,4

Densité apparente 1,03 1,01

Densité absolue 3,11 3,06

Finesse de blaine (cm²/g) 3205 3016

II.3/ Eau

Les caractéristiques de l’eau de la JIRAMA sont données par le tableau qui suit: Tableau n° 28 : Caracteristique de l’eau

Constituants Caracteristiques

Insolubles (%) 0

Matières dissoutes (%) 0,0034 à 0,005

Carbonates +bicarbonates alcalins (%)

0,0028

Sulfates en SO3 (%) 0

Sulfites en S (%) 0

Sucres (%) 0

P2O5 (%) 0

NO3 0

Zinc (%) 0

Acidité en pH 7,2 à 8,5

Acidité humique Aucune coloration brunâtre

Chlorures (mg/L) 3,55 à 8,87

Ions-soufre (%) 0


2007


II.4/ Les fillers

On utilise le cipolin broyé comme filler calcaire (FC Cipolin) et la cendre de balle de

riz comme filler siliceux (FS CBR); le tableau suivant nous montre leurs natures et leurs

caracteristiques. Tableau n° 29 : Caracteristiques des fines d’ajout

Materiaux Fillers Type FC Cipolin FS CBR

Densité apparente 0,94 0,52

Densité absolue 2,85 2,70

Finesse de blaine (cm²/g) 3432 7720

pureté 91% CaCO3 86,50% SiO2

Activité cristalisé Amorphe

II.5/ Adjuvants

D’apres les fiches techniques des adjuvants utilisés, les caracteristiques sont

recueillies dans le tableau dans le tableau ci-dessous :

Tableau n° 30 : Caracteristiques des adjuvants

Adjuvant

Denomination Pozzolith 390 N

Certification NF

Action Plastifiant-reducteur d’eau

Nature Liquide

Densité 1,210

Couleur Brun fonce

pH 11,5

Point de congélation -2° C

Teneur en chlorure 1 g/L

dosage 1% du poids du ciment


2007



IInnttrroodduuccttiioonn

Formuler un béton, c'est trouver les proportions des différents constituants

permettant de satisfaire à un cahier des charges, répondant, à des critères techniques et

économiques, à partir de materiaux donnés.

Nous présentons deux types d'approche : une approche théorique qui constitue une

base de formulation de bétons de sable et une approche expérimentale basée sur la

réalisation de gâchées successives.

II// AApppprroocchhee tthhééoorriiqquuee ddee llaa ffoorrmmuullaattiioonn ddeess bbééttoonnss ddee ssaabbllee

I.1/ La compacité et les méthodes de formulations des bétons

Formuler un béton ordinaire consiste à optimiser le squelette granulaire, par un choix

judicieux de la proportion de sables et de gravillons, puis à combler la porosité de cet

empilement avec la pâte pour obtenir l'ouvrabilité désirée, cette pâte étant elle-même

déterminée avec un rapport eau/ciment pour viser une résistance, une maniabilité et une

durabilité données.

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

compacité du squelette granulaire. Cette compacité est définie comme le rapport du volume

développé par les constituants solides sur le volume total et correspond au complément à

l'unité de la porosité.

Caquot a pu établir, à partir de résultats experimentaux, une relation mathématique

entre le volume des vides (v) d'un mélange granulaire et son étendue granulaire (d/D) :

[28]

Avec constante expérimentale.



2007


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

optimisé, c'est-à-dire que la répartition des grains à l'intérieur de cette étendue granulaire est

telle que le mélange présente une porosité minimale. Elle est à la base de nombreuses

méthodes de formulation des bétons qui consistent généralement à définir une courbe

granulaire de référence. Nous citerons pour exemple les méthodes de Bolomey, Faury,

Dreux.

L’étude granulaire d/D selon Caquot est telle que D correspond à la dimension du

tamis retenant 10 % du granulat et d à la dimension du tamis retenant 90% du granulat. La

constante expérimentale prend alors une valeur de l'ordre de 0,5. En définissant l'étendue

granulaire par les dimensions extrêmes du granulat, des valeurs de l'ordre de 0,7 à 0,8 pour

la constante expérimentale permettent également d'obtenir une bonne estimation de la

porosité du mélange granulaire.

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

d'addition et le ciment. La fine d'addition (filler, cendres volantes...) étant de dimensions

voisines de celles du ciment, l'application directe des méthodes de formulations adaptées aux

bétons ordinaires conduit généralement à des estimations du dosage des constituants

aberrantes. Il faut donc adapter la démarche de formulation pour ces bétons en repartant de

la base, principalement à partir de la formule de Caquot [28].

I.2/ Estimation du dosage en fines d'un béton de sable

Dans un premier temps, il convient d'optimiser la compacité des constituants solides

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

regroupant l'ensemble des grains de tailles inférieures à 80 et le sable couvrant l'étendue

granulaire 80 /D (D étant défini ici comme le diamètre maximal du sable).

Les fines sont alors constituées du ciment, de la fine d'addition et de la fraction du

sable inférieure à 80 . Si la fine d'addition comporte des grains de taille supérieure à

80 . Cette fraction se retrouve intégrée au sable.

Considérant l'étendue granulaire du sable, il est alors admis qu'il présente une

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

[29]


2007


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

d’optimiser la compacité de l’ensemble.

Il est en fait impossible de prendre en compte la distribution de la taille des

particules pour ces fines, l'assemblage géométrique relevant surtout de forces électriques

inter granulaires.

Moyennant quelques hypothèses simplificatrices, en désignant par [fines] le volume

de l'ensemble des particules inférieures à 80 et [v] le volume de vide associé à

l'empilement du sable. Caquot a obtenu le résultat suivant:

[fines] = [v] [30]

Ainsi, le dosage volumique optimal en fines s'écrit, en combinant [28] et [30]

[fines] = 0,38 (% volumique)

Pour notre étude nous prendrons les diamètre limites du sable ds et D dans la

formule soit :

[fines] = 0,38 (% volumique) [31]

Il est clair que la constante 0,38 n'a pas ici de caractère absolu mais relatif, une

précision de ± 10 % étant tout à fait raisonnable. Cette formule montre que le dosage en

fines dépend surtout de la dimension du plus gros granulat D. Il apparaît clairement que plus

le diamètre D diminue, plus le dosage en fines augmente et devient rapidement excessif en

terme de ciment seul; il faut nécessairement avoir recours a l'utilisation de fines de

remplissage type fillers (Fig.dessous).


2007


Figure n°23 : Iinfluence du diamètre D du sable sur le dosage en fines

I.3/ Porosité et dosage en eau d’un béton de sable

Le squelette granulaire, y compris les fines étant optimisé, il présente toujours une

certaine porosité. Dans des conditions de mise en œuvre données, cette compacité,

conduisant à une porosité minimale, ne sera atteinte que si la consistance le permet.

En admettant que la porosité du squelette granulaire se décompose en la somme d’un

volume d’eau (e) et d’un volume de vides piégés (v), la porosité minimale théorique du

béton est donnée par la relation suivante, issu une nouvelle fois des travaux sur la compacité

de Caquot

[32]

Avec dmin/D l’étendue granulaire y compris les fines

Le calcul de la porosité minimale requiert la valeur de dmin, borne inférieur de

l'étendue granulaire. L'estimation de cette valeur est délicate, compte tenu des effets de

floculation dans l'eau qui peuvent se produire, à l'échelle des fines particules. Ainsi, dans le

cas de mélange totalement défloculés le dmin peut être défini comme la moyenne harmonique

de la dimension des grains du constituant le plus fin. Connaissant alors la surface spécifique

f (finesse Blaine par exemple en cm2/g) de ce constituant et sa masse volumique absolue

(exprimée en g/cm3), il est facile de montrer que le diamètre moyen des grains, assimilés à

des sphères, est donné par la formule suivante :


2007


Si on a n grains de diamètre dmin de surface Su et de volume Vu

f=

S=nSu=n

m =

[33]

Cette première définition de dmin n'est valable que dans le cas de mélanges totalement

défloculés, c'est-à-dire que chaque particule élémentaire agit indépendamment des autres.

Dans la pratique, cette défloculation ne peut être obtenue que par le recours à des agents

défloculants, classiquement des adjuvants plastifiants ou fluidifiants. Cette définition de dmin

ne peut pas être retenue pour les mélanges floculés, la dimension moyenne des flocs étant

alors la limite inférieure de l'étendue granulaire.

Il devient dans ce cas impossible de fixer une valeur précise, la dimension des flocs

relevant de considérations physico-chimiques très complexes. Un ordre de grandeur peut

être avancé de l'ordre de 20 à 25 pour le diamètre. Ainsi, il est clair que la défloculation,

par l'élargissement de l'étendue granulaire, est le seul recours pour la réduction de la porosité

minimale théorique (Fig. ci-dessous ).

En pratique, il n'est pas toujours souhaitable de produire des bétons ayant la stricte

quantité d'eau correspondant à la porosité minimale pour des raisons d'ouvrabilité. Par suite,

Figure n°24 Influence de la dimension d sur la porosité minimale du béton pour

deux tailles D du sable

Figure n°25 Rélation entre ouvrabilité et le dosage (e+v) d’une matrice pour une mise en

œuvre donnée


2007


conformément à la figure 25 pour des quantités d'eau inférieures à la quantité d'eau

permettant d'obtenir l'ouvrabilité optimale (ouv. opt), le mélange piégera une forte quantité

d'air, quels que soient les moyens de serrage utilisés, il présentera finalement une porosité

(e + v) supérieure à (e + v)Min.

Par contre, si l’on augmente la quantité d’eau à partir de la valeur conduisant à

(e + v)Min.la quantité d’air piégé sera stable et l’ouvrabilité augmentera de façon lineaire. Il

est donc fondamental de bien estimer la quantité d’eau nécessaire pour atteindre l’optimum

de compacité du béton. Par suite, par sécurité, il sera préferable de mettre en œuvre un

dosage en eau légèrement supérieur au dosage théorique obtenu au minimum de porosité

[32] Finalement pour estimer le dosage en eau, il faut préalablement évaluer la quantité d'air

piégée. Dans le cas des bétons de sables, cette quantité est légèrement supérieure à ce qu'elle

est dans les bétons ordinaires. Un ordre de grandeur peut être obtenu par la formule suivante,

qui conduit a des teneurs en air de l'ordre de 3 à 5 %.

[vides]=k [eau] (L/m3) [34]

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

Dans une démarche de formulation, le dosage en eau conditionne de façon majeure

l'ouvrabilité du béton, en couplage bien sûr avec la présence ou non d'adjuvants

rhéologiques.

I.4/ Estimation du dosage en sable

Il suffit de compléter au mètre cube la somme des dosages des constituants fines, eau

et vides. Nous avons alors tout simplement :

[sable]= 1 000- [fines] - [eau+adj] - [vides] (l/m3) (en volume absolue) [35]

I.5/ Mesure de la résistance en compression

La recherche d'une compacité optimale a permis de fixer les dosages des différents

constituants : fines (particules <80 ), eau et sable. Il faut maintenant se pencher sur

l'évaluation de la résistance en compression d'un tel mélange.

Cette estimation se fait par référence aux méthodes classiques adoptées pour les

matrices cimentaires qui consistent à partitionner la contribution du squelette granulaire, de

la nature du liant et des dosages des constituants de la pâte. Dans le cas des bétons formulés

avec une fine potentiellement réactive, une généralisation de la formule de Feret a été

proposée récemment [36]:


2007


[36]

KF : coefficient granulaire(ordre de grandeur 4.5 à 5)

FCE : classe vraie du ciment (MPa)

e: dosage en eau totale (l/m3)

V : air piégé (l/m3)

C : dosage en ciment (kg/m3)

RC28: résistance du béton à 28 jours (MPa)

K1 : coefficient pouzzolanique

K2 : coefficient d'activité du filler calcaire

[37]

coefficient d'équivalence en ciment des différentes additions en fines

CV, FS, FIL : dosage en cendres volantes, fumée de silice et filler calcaire (kg/m3).

Cette formule permet de prendre en compte l'activité pouzzolanique des additions

telles que les cendres volantes ou les fumées de silice et l’activité des fillers calcaires au

niveau des résistances en compression. En fait, quoique très simple, cette formule ne peut

être utilisée que par une identification précise de l'activité des additions par le biais des

coefficients . Les valeurs données pour les différents coefficients d'activité

ont ici un caractère essentiellement indicatif. D'autre additions peuvent être également

utilisées telles que les fillers siliceux, généralement considérés inertes et les fillers de laitier

qui peuvent présenter un caractère hydraulique, non pris en compte dans la formule

précédente.

D'ores et déjà intéressant de noter que l'activité du filler calcaire, quand elle peut

exister potentiellement (en couplage avec le Ciment) présente un optimum au delà duquel, la

[38]


2007


contribution de l'activité filler ne participe plus aux développements de performances

mécaniques.

Figure n°26 : Coefficient d’activité du filler calcaire (modèle)

Dans notre cas, nous regroupons les coefficients K1 et K2, de la formule de Feret en

un seul coefficient K.

Ce coefficient caracterisera l’apport de la fine d’addition sur la résistance, tant au

niveau d’un éventuel caaractére pouzzolanique que par l’amélioration de la compacité.

La réalisation de la gaché pour chaque composition et la mésure de la résistance

permet de dresser un abaque K- rapport Filler/ciment, pour chaque type de sable utilisé et

pour un filler donné.

Pour chaque composition on aura :

– 1 [39]

étant la masse volumique absolue du ciment

(en MPa ) [40]

Ces abaques permettront, pour une résista nce imposée, en choisissant un rapport

Filler/Ciment, d’évaluer le dosage en ciment C (en passant par K).

On peut en suite détérminer le dosage des autre constituants.

Dans le cas des bétons de sable, le dosage total en fines a pu être estimé en terme de

compacité et est donc imposé vis-à-vis de la résistance. Ces fines regroupent principalement


2007


le ciment, l'addition (filler calcaire, cendres volantes, ...) et la faction du sable inférieur à

80 , souvent mineure pour les sables traditionnels. Ainsi, l'optimum de résistance serait

atteint pour des dosages en ciment et en addition, solutions du système suivant:

ciment + addition = [fines] [41]

addition/ciment = optimum d'activité

L’application des concepts précédents aux bétons de sable n'est toutefois pas

instantanée. Il est sous-entendu dans la formule de Feret précédente que la formulation du

béton est basée sur l'utilisation d'un ciment au clinker pur, type CEM I. L'utilisation d'un

ciment composé type CEM II peut introduire un conflit dans la gestion des additions par

cette formule, nécessitant alors une partition de la phase clinker et de la phase addition de

ces ciments; ceci requiert alors de connaître la composition exacte du ciment.

Dans le cas particulier d'un ciment composé type CEM II A avec des ajouts en

proportion de 15%, cette partition revient à inclure dans les fillers calcaires d'addition les

15% de fillers provenant du ciment composé, et à considérer un ciment CEM I équivalent

réduit à 85% du ciment composé et ayant une classe vraie équivalente majorée d'environ

18% par rapport à la classe vraie du ciment composé.

IIII// MMéétthhooddee eexxppéérriimmeennttaallee ddee ffoorrmmuullaattiioonn

II.1/ Présentation générale de la méthode expérimentale

La méthode expérimentale doit permettre de formuler un béton de sable mais son

objet n'est pas d'expliquer ou de formaliser les phénomènes qui entrent en jeu dans la

formulation des bétons.

Plusieurs méthodes existent, elles peuvent différer en fonction des approches

théoriques et des habitudes de travail. Toutefois, l'objectif reste le même : formuler un béton

qui soit le plus compact possible en accord avec les autres caractéristiques recherchées

(pompabilité, faculté de moulage, aptitude à la projection...).

Nous travaillerons au dosage en ciment faible de manière à mieux répondre aux

prescriptions contractuelles ou normalisées qui imposent bien souvent un dosage minimum.

Différentes formulations de bétons de sable ont déjà été réalisées par cette méthode :

bétons de pieux, bétons routiers, bétons de projection, etc. et ont donné toute satisfaction.


2007


IIII..11..11// CCoonnssttiittuuaannttss ddeess bbééttoonnss ddee ssaabbllee

Préalablement à toute étude de formulation, il est nécessaire d'identifier les

constituants avec lesquels le béton doit être formulé :

• Ciment : nature, classe...

• Sable : granulométrie, propreté...

• Fines d'addition : nature minéralogique, éléments sur la taille des grains

(finesse)...

• Eau : conforme à la norme;

• Adjuvant : fiche technique du fabricant.

IIII..11..22// LLeess ddiifffféérreenntteess ééttaappeess ddee llaa ffoorrmmuullaattiioonn

• Détermination d'une formule de base sans fines d'addition :

o Choix de la teneur en ciment;

o Fixation d'une teneur en eau;

o Détermination d'un dosage en sable;

o Réglage de la maniabilité et du rendement.

• Determination du dosage en fines d'addition

• Adaptation de la maniabilité à la mise en œuvre

• Contrôle des résistances

• Corrections éventuelles

II.2/ Conduite pratique de la méthode expérimentale

IIII..22..11// DDéétteerrmmiinnaattiioonn dd''uunnee ffoorrmmuullee ddee bbaassee ssaannss ffiinneess dd’’aaddddiittiioonn

Dans cette partie de la méthode, nous chercherons à détérminer la formule de un

mètre cube, constituée de ciment, d'eau, de sable et des adjuvants, ayant une maniabilité de 7

à 10s au maniabilimètre LCL


2007


• Dosage en ciment

Les prescriptions contractuelles ou normatives imposent très souvent un dosage

minimum en ciment par mètre cube de béton, en fonction des parties d'ouvrage ou bien de

l'agressivité du milieu. Nous avons donc choisi de travailler à partir d'un dosage faible en

ciment fixé qui ne variera pas tout au long de l'étude. Nous le noterons C (kg/m3).

• Dosage en eau

A ce stade de la méthode, une valeur approximative du dosage en eau E (L/m3),

suffit. Pour estimer ce dosage, les praticiens s’appuient sur l'expérience. (À titre indicatif, on

peut prendre 220 L d'eau pour 350kg ciment, 250 L d'eau pour 400 kg de ciment).

Faute d'expérience, on peut utiliser les étapes 2 et 3 de la méthode théorique de

formulation. Celles-ci permettent d'évaluer le dosage en eau en fonction de la porosité du

squelette granulaire.

[42]

avec :

: compris entre 0,1 et 0,15;

dmin : est la borne inférieure de la phase solide du béton (mm);

D : est la borne supérieure de l'étendue granulaire du sable (mm),

- Soit le mélange est défloculé par l’utilisation d’un adjuvant alors :

[43]

avec

f : la finesse Blaine du ciment (cm²/g);

la masse volumique du ciment (g/cm3).

- Soit le mélange n'est pas défloculé, alors il faut prendre pour dmin une

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

Cette estimation du dosage sera ajustée, par la suite, de manière à obtenir une

formule de base sans fines ayant une maniabilité comprise entre 7s et 10s.


2007


• Détermination du dosage en sable

Dans cette formule, on peut introduire un fluidifiant réducteur d’eau, en dosage

normal préconisé par le fabricant, qui permettra de défloculer les fines. D’autre part, un

béton contient toujours un volume d'air, Vair. La teneur en air des bétons est de l'ordre de 3%

en volume, cette valeur est supérieure pour le béton de sable.

Les quantités de ciment, d'eau, d'adjuvant, d'air sont connues, nous devons donc

compléter la formule par du sable de manière à obtenir un mètre cube de béton ce qui donne

la relation suivante.

vc + vE + vadj + vair + Vsable = 1 000 [43]

(Les volumes sont exprimés en litres)

- soit à partir des masses de chacuns des constituants :

=1000

[44]

Masse du sable=

Ce qui donne une masse de sable S (kg/m3).

La somme des masses de chacun des constituants : ciment (C), eau (E), adjuvant

(CxN %), sable (S) donne la masse volumique apparente théorique de la formule en

supposant que le volume total occupé par ces constituants, y compris le volume d'air, soit

égal à un mètre cube.

• Réglage de la maniabilité et du rendement de la formule

Nous allons réaliser une gâchée à partir de la loi nulle que nous venons de déterminer

et :

• mesurer son temps d'écoulement t au maniabilimètre à mortier

(norme NF P 18 452) ;


2007


• déterminer la masse volumique apparente réelle du béton.

Rappel : L'objectif est d'obtenir une formule de cube c’est à dire faire tendre la

masse volumique apparente théorique vers la masse volumique apparente réelle et un temps

d'écoulement de 7 â 10s.

La formule de béton doit alors être corrigée à l'aide de l'équation suivante :

.du sable [45]

Si le temps d'écoulement est supérieur à 10 s, il faudra rajouter un volume V d'eau de

manière à rendre le béton plus maniable (-V dans l'équation). (remplacer l’eau par du sable

du volume égale)

Après chaque correction, la ; devra être comparée à la ,

En ajustant le dosage en eau et en sable conformément à ce principe, le dosage E

devient définitif. Le temps d'écoulement est alors compris entre 7 et 10 s, et la formule «

fait le mètre cube ».

IIII..22..22// DDéétteerrmmiinnaattiioonn dduu ddoossaaggee eenn ffiinneess dd''aaddddiittiioonn

II faut maintenant introduire dans la formule les fines d'addition et en définir le

dosage optimal, à rapport E/C constant. Pour cela, il est nécessaire de réaliser des gâchées de

béton de sable avec 5 à 6 dosages en fines dans la plage d'emploi usuelle de ces fines.

Dans la formule précédente, l’incorporation des fines doit permèttre d’augmenter la

compacité du béton, en remplissant les vides. en théorie, il y a trois cas possibles :

Les fines remplissent les vides sans changement de volume ( );

L’addition de fines s'accompagne d'une augmentation de volume ( );

L'addition de fines s'accompagne d'une diminution de volume ( ); Le premier cas est l'objectif que l'on cherche a atteindre le troisième cas, lui, est peu

probable.

Pour chaque gâchée, on détermine la maniabilité ainsi que la masse volumique

apparente réelle que l'on compare à la masse volumique apparente théorique ; de la

formule. Si besoin de la correction sur le sable s’effectue à l’aide de la formule suivante :

[46]

jusqu'à obtenir l'égalité entre les masses volumiques.


2007


Connaissant les maniabilités et les masses volumiques pour chaque dosage en fines

d'addition, on trace les courbes correspondantes. L'optimum de ces courbes définit le dosage

en fines d'addition F et en sable S. La formule obtenue est la plus compacte et la plus

maniable. Toutefois, pour des raisons économiques ou lorsque l'ajout des fines n'améliore

que très peu les caractéristiques, le dosage en fines peut être pris avant ou aprés l'optimum.

IIII..22..33// AAddaappttaattiioonn ddee llaa mmaanniiaabbiilliittéé àà llaa mmiissee eenn œœuuvvrree

Une bonne mise en œuvre du béton de sable nécessite une consistance de béton

adaptée aux moyens utilisés sur chantier. La maniabilité sera réglée en faisant varier la

quantité d'adjuvant conformément à la notice technique de ce produit.

IIII..22..44// RReessiissttaannccee

On effectue des essais mécaniques. Les résistances peuvent être modifié en

augmentant ou en réduisant le dosage en eau et/ou en adjuvant pour un dosage en ciment

donné. Si les résistances obtenues ne correspondent pas aux résistances souhaitées, il est

possible de refaire une étude à partir d'un dosage en ciment différent.


2007



II // PPaarr llaa mméétthhooddee tthhééoorriiqquuee ddee ffoorrmmuullaattiioonn

Nous allons envisager la fabrication de différents bétons de sable selon la méthode

exposée dans le chapitre précédent en prenant l'exemple des quatre types de sables : sable de

rivière 1, sable de rivière 2, sable de carrière , et sable de dunes et des deux fillers : fillers

calcaire et fillers siliceux et de l’adjuvant plastifiant-reducteu d’eau.

Catégorisés selon les cas suivants, plusieurs essais ont été effectués tout en modifiant

successivement le dosage en ciment, mais en maintenant constante la compacité

(Vsable+Vciment+VFiller = constante ).

• Cas 1 : Sable de rivière 1 + calcaire

• Cas 2 : Sable de rivière 1 + calcaire + adjuvant

• Cas 3: Sable de rivière 1 + siliceux

• Cas 4 : Sable de rivière 1 + siliceux + adjuvant

• Cas 5 : Sable de rivière 2 + calcaire

• Cas 6 : Sable de rivière 2 + calcaire + adjuvant

• Cas 7 : Sable de rivière 2 + siliceux

• Cas 8: Sable de rivière 2 + siliceux + adjuvant

• Cas 9 : Sable de carrière + calcaire

• Cas 10 : Sable de carrière + calcaire + adjuvant

• Cas 11: Sable de carrière + siliceux

• Cas 12 : Sable de carrière + siliceux + adjuvant

• Cas 13: Sable de dunes + calcaire



2007


• Cas 14: Sable de dunes + calcaire + adjuvant

• Cas 15 : Sable de dunes + siliceux

• Cas 16 : Sable de dunes + siliceux + adjuvant

Pour faire la formulation théorique du béton de sable, selon les formules citées dans

le chapitre IX, les étapes de calculs sont données par le schéma suivant.


2007


Fines non défloculées

I.1/ Organigramme de la methode de calcul théorique

Figure n°27 : Etape de calcul de la formulation du béton de sable

Caractéristiques du sable (D,d, d abs, W) Caractéristiques du ciment( d abs C FCE)

[Fine]=0,38(ds/D)1/5 [Fine]=[ciment]+[filler]

dmin=60/( f . )

[eau+vide]=0,8(dmin/D)1/5 [vide]=k[eau] [sable]=1000-[fine]-[eau]-[vide]

K =

Défloculation des fines

Exécution de la gaché

Proportion Filler/Ciment Composition du béton

Mesure éxperimentale de RC28


2007


I.2/ Présentation du programme de calcul

Du point de vue pratique, un petit programme a été mis au point pour automatiser,

accélérer et faciliter les calculs et la lecture des abaques. Ce programme consiste

à poursuivre les étapes suivantes:

o Saisie des données

o Saisie des données

o Choix de l’action à effectuer

o Présentation des résultats

Figure n°28 : Caractérisation des matériaux utilisés


2007


Figure n°29 : Saisie des résultats expérimentaux

Une fenêtre contenant une table permet aux utilisateurs de saisir les résistances

mesurées expérimentalement en vue de créer un nouvel abaque. Ces données peuvent être

sauvées et réutilisées ultérieurement.

L’application lancée, une fenêtre permettant la saisie des données s’affiche. Ces

données à remplir sont classées dans les rubriques « Sable », « Ciment », « Filler »,

« Adjuvant » et « Eau ».

Ayant défini les données sur les caractéristiques des matériaux à utiliser, on est invité

à choisir l’action à exécuter (figure suivante) :

• Evaluer les résistances RC28 obtenues

• Déterminer la ou les compositions du béton de sable à partir d’une résistance voulue


2007


Figure n°30 : Choix de l’action à effectuer

Après avoir fait le choix, on a accès aux résultats. Le résultat relatif à l’évaluation

des résistances Rc est présenté sous forme tabulaire. On y trouve les différents constituants

selon le dosage appliqué. Si la case « dosage » dans la rubrique ciment n’est pas remplie,

comme montre le cas de la figure ci-dessous, une série de résultats est obtenue, commençant

par la valeur Ciment=200kg et incrémentée à raison de 50kg.

Figure n°31 : Presentation des résultats sous forme tabulaire

Quant à la détermination des compositions du béton de sable, une case permet la

saisie de la valeur Rc28 dont les valeurs limites sont déjà suggérées pour que des résultats

admissibles s’affichent. Un ou plusieurs types de composition peuvent être obtenus selon le

cas. Le béton « retour » ramène à la fenêtre de la saisie des données.


2007


Figure n°32 : Détermination des composition à partir du RC28

Les résultats obtenus peuvent être visualisés sous forme de graphique en appuyant

sur le bouton « Graphique ». Les variables d’entrées utilisées se trouvent à gauche de la

fenêtre et peuvent être modifiées. On peut voir ainsi la relation entre n’importe quels autres

variables inclues dans les boites à liste déroulante. L’échelle par défaut est ajustée

automatiquement en laissant voir l’ensemble du graphique. Il est possible d’agrandir, de

réduire et déplacer ce dernier en utilisant la souris ou l’outil zoom à gauche.

Figure n°33 : Représentation graphique des résultats


2007


I.3/ Exemples de fabrication avec le sable de rivière 1

Cas 1 :ESR1C4(Essai Sable de Rivière 1, filler Calcaire n°9)

Matériaux :

o Ciment CEM I 42,5 N, avec un dosage 200 kg/m3 classe vraie FCE=59,8 MPa

o Sable de rivière 1, avec D= 4mm et d= 0,1mm ; densité :2,55

o Filler calcaire

o Sans adjuvant

La formule [31] nous permet d’estimer la quantité totale en fines soit :

[fines] =1000x 0,38(0,1/4)0,2 = 181,71 L/m3

Or [fines] = [filler] + [ciment]

Donc, le dosage en ciment C maximale qu’on peut utiliser est :

Cmax = 181,71 x 3,11=565,11kg/m3

Prénons C= 200 kg/ m3

D’où la quantité du filler utilisé est :

[filler] = 181,71- (200/3,11) = 117,40 L/m3

Filler = 117,4 . 2,85 = 334,60 kg/m3

Ce qui correspond à un rapport en masse filler/ciment =334,60/200= 1,67.

La formule [32] nous donne la porosité du béton. Dans ce cas, le mélange n'est pas

défloculé, nous adoptons, ainsi, pour d la valeur de 0,020 mm, soit :

D’apres la formule [32] :

[eau+vides] = O,8x(0,02/4)0,2x1000= 277,25 L/m3

Qui se décompose en prenant k = 0,2 dans la formule [34]

[eau] = 277,25 /1,2 = 231 L/ m3; ce qui donne un volume des vides

[vides] = 277,25 – 231 = 46,25 L/m3 soit 4,6%

Finalement, le dosage en sable, selon la formule [35], est

[Sable] = 1000 - 181,71 - 277,25 = 541,04 L/m3, soit avec une densité de

2,55, correspondant à un dosage en masse de 1379,6 kg/m3.

2145,27Kg/m3

Nous avons la composition pour obtenir 1m3 de béton :

C [kg] S[kg] Fil calcaire [kg] Eau [L]

200 1379,6 334,6 231


2007


Après 28 jours des essais de rupture en compression nous permettent d’avoir la

résistance à la compression :

RC28 =18,60MPa (valeur moyenne prise avec 3 éprouvettes)

Ce qui nous donne la valeur du coefficient K affecté au filler pour le rapport

Fil/C=1,67 correspondant ;

Cas 2 :ESR1CA4(Essai Sable de Rivière 1, filler Calcaire Adjuvanté n°9)

Matériaux :

o Ciment CEM I 42,5 N, avec un dosage 200 kg/m3


o Filler calcaire

o Avec adjuvant dosé à 1% du poids de ciment

Nous reprénons le cas de formulation précédent avec une seule différence : la

défloculation des fines par le biais d'un adjuvant.

[fines] =1000x 0,38(0,1/4)0,2 = 181,71 L/m3



Cmax = 181,71 x 3,11=565,11kg/m3



[filler] = 181,71- (200/3,11) = 117,40 L/m3

Filler = 117,40 . 2,85 = 334,59 kg/m3


Avec un mélange défloculé, nous estimons la taille des plus petites particules à

l’aide de la formule [33], pour une finesse Blaine moyenne de 3 432cm²/g pour filler

calcaire:

d= 60/(2,85 x 3432) = 0,0061mm


[eau+vides] = O,8x(0,0061/4)0,2x1000= 218,64 L/m3



2007


[eau] = 218,64 /1,2 - 2/1,21 = 182,2-1,65=180,55 L/ m3; ce qui donne un

volume des vides

[vides] = 218,64 – 182,2 = 36,44 L/m3 soit 3,6%


[Sable] = 1000 - 181,71 – 218,64 = 599,65 L/m3, soit avec une densité de

2,55 correspondant à un dosage en masse de 1529,1 kg/m3.

1529,1+334,59+200+180,55+2 = 2246,27Kg/m3



200 1 529,27 334,6 180,5



RC28 =26,70 MPa (valeur moyenne prise avec 3 éprouvettes)



Cas 3 : ESR1S4(Essai Sable de Rivière 1, filler siliceux n°9)

Matériaux :

Cas du béton de sable fabriqué avec :

o Ciment CEM I 42,5 N; avec un dosage 200 kg/m3

o Sable de rivière 1 avec D= 4mm et d= 0,1mm ; densité : 2,55

o Filler siliceux

Même procedure que pour le filler calcaire ;


[fines] =1000x 0,38(0,1/4)0,2 = 181,71 L/m3




2007


Cmax = 181,71 x 3,11=565,11kg/m3



[filler] = 181,71- (200/3,11) = 117,40 L/m3

Filler = 117,40 . 2,70 = 316,98 kg/m3


La formule [32] nous donne la porosité du béton. Dans ce cas, le mélange n'est pas

défloculé, nous adoptons, ainsi, pour d la valeur de 0,020 mm, soit :


[eau+vides] = O,8x(0,02/4)0,2x1000= 277,25 L/m3


[eau] = 277,25 /1,2 = 231 L/ m3; ce qui donne un volume des vides

[vides] = 277,25 – 231 = 46,25 L/m3 soit 4,6%


[Sable] = 1000 - 181,71 - 277,25 = 541,04 L/m3, soit avec une densité de

2,55, correspondant à un dosage en masse de 1379,6 kg/m3.

1379,6+231+200+316,98 = 2127,58Kg/m3



200 1 379,6 316,98 231







2007


Cas 4 : ESR1SA4(Essai Sable de Rivière 1, filler Siliceux Adjuvanté n°9)

Matériaux :

o Ciment CEM I 42,5 N, avec un dosage 200 kg/m3


o Filler siliceux

o Avec adjuvant dosé à 1% du poids de ciment

Nous reprénons le cas de formulation précédent avec une seule différence : la

défloculation des fines par le biais d'un adjuvant.


[fines] =1000 x 0,38(0,1/4)0,2 = 181,71 L/m3



Cmax = 181,71 x 3,11=565,11kg/m3



[filler] = 181,71- (200/3,11) = 117,40 L/m3

Filler = 117,40 . 2,70 = 316,98 kg/m3


Avec un mélange défloculé, nous estimons la taille des plus petites particules à

l’aide de la formule [33], pour une finesse Blaine moyenne de 7 720cm²/g pour le filler

siliceux:

d= 60/(2,70 x 7720) = 0,0029mm


[eau+vides] = O,8x(0,0029/4)0,2x1000= 188,43 L/m3


[eau] = 188,43 /1,2 - 2/1,21 = 157,02 - 1,65=155,26 L/ m3; ce qui donne un

volume des vides

[vides] = 188,43 – 157,02 = 31,41 L/m3 soit 3,14%




1606,1+200+155,26 +316,98+2= 2280,34Kg/m3


2007




200 1 379,6 316,98 231






d'où RC28E= 31,20 MPa

RC28E : resistance du béton à 28 jours éxperimentale

Ayant suivi la même procédure de calcul, on a obtenu les résultats suivants :

Etude experimentale - Applications béton de sable 2007


I.4/ Résultats des éssais avec la méthode théorique

Tableau n° 31 : Résultats des essais avec les sables de rivière 1 SABLE DE RIVIERE 1

NOM C (Kg/m3) Fil/C Fil

(kg/m3) c

(L) fil (L) Fines Eau

(l/m3) v

(L/m3) vides (%) Sable (L) Sable (Kg) ρt RC28 k

Sable de rivière 1 - Filler calcaire ESR1C1 500,00 0,12 59,67 160,77 20,94 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2170,35 23,00 -0,310 ESR1C2 400,00 0,38 151,31 128,62 53,09 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2161,99 25,40 -0,080 ESR1C3 300,00 0,81 242,95 96,46 85,24 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2153,63 22,70 0,130 ESR1C4 200,00 1,67 334,59 64,31 117,40 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2145,27 18,60 0,480

Sable de rivière 1 - Filler calcaire + Adjuvant ESR1CA1 500,00 0,12 59,67 160,77 20,94 181,71 182,41 36,48 3,65 599,40 1528,47 2270,55 31,90 -0,314 ESR1CA2 400,00 0,38 151,31 128,62 53,09 181,71 182,41 36,48 3,65 599,40 1528,47 2262,19 34,80 -0,084 ESR1CA3 300,00 0,81 242,95 96,46 85,24 181,71 182,41 36,48 3,65 599,40 1528,47 2253,83 31,30 0,128 ESR1CA4 200,00 1,67 334,59 64,31 117,40 181,71 182,41 36,48 3,65 599,40 1528,47 2245,47 26,70 0,505

Sable de rivière 1 - Filler siliceux ESR1S1 500,00 0,11 56,53 160,77 20,94 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2167,21 37,20 -0,022 ESR1S2 400,00 0,36 143,34 128,62 53,09 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2154,03 41,20 0,326 ESR1S3 300,00 0,77 230,16 96,46 85,24 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2140,85 30,30 0,394 ESR1S4 200,00 1,58 316,98 64,31 117,40 181,71 231,05 46,21 4,62 541,04 1379,64 2127,66 17,90 0,445

Sable de rivière 1 - Filler siliceux + Adjuvant ESR1SA1 500,00 0,11 56,53 160,77 20,94 181,71 156,79 31,36 3,14 630,14 1606,86 2320,18 58,70 -0,025 ESR1SA2 400,00 0,36 143,34 128,62 53,09 181,71 156,79 31,36 3,14 630,14 1606,86 2306,99 64,30 0,328 ESR1SA3 300,00 0,77 230,16 96,46 85,24 181,71 156,79 31,36 3,14 630,14 1606,86 2293,81 49,50 0,398 ESR1SA4 200,00 1,58 316,98 64,31 117,40 181,71 156,79 31,36 3,14 630,14 1606,86 2280,63 31,20 0,450



Tableau n° 32 : Résultats des essais avec les sables de rivière 2

SABLE DE RIVIERE 2


(kg/m3) c


(l/m3) v


Sable de rivière 2 - Filler calcaire ESR2C1 500,00 0,39 195,30 160,77 68,53 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2060,90 20,20 -0,173 ESR2C2 400,00 0,72 286,94 128,62 100,68 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2052,54 17,60 -0,057 ESR2C3 300,00 1,26 378,58 96,46 132,84 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2044,18 14,20 0,092 ESR2C4 200,00 2,35 470,22 64,31 164,99 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2035,82 12,70 0,525

Sable de rivière 2 - Filler calcaire + Adjuvant ESR2CA1 500,00 0,39 195,30 160,77 68,53 229,30 240,69 48,14 4,81 481,87 1262,50 2198,50 28,20 -0,174 ESR2CA2 400,00 0,72 286,94 128,62 100,68 229,30 240,69 48,14 4,81 481,87 1262,50 2190,14 25,00 -0,053 ESR2CA3 300,00 1,26 378,58 96,46 132,84 229,30 240,69 48,14 4,81 481,87 1262,50 2181,78 20,30 0,093 ESR2CA4 200,00 2,35 470,22 64,31 164,99 229,30 240,69 48,14 4,81 481,87 1262,50 2173,42 18,20 0,522

Sable de rivière 2 - Filler siliceux ESR2S1 500,00 0,37 185,02 160,77 68,53 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2050,62 34,90 0,228 ESR2S2 400,00 0,68 271,84 128,62 100,68 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2037,44 36,80 0,600 ESR2S3 300,00 1,20 358,66 96,46 132,84 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2024,25 25,50 0,622 ESR2S4 200,00 2,23 445,47 64,31 164,99 229,30 304,87 60,97 6,10 404,86 1060,73 2011,07 14,20 0,638

Sable de rivière 2 - Filler siliceux + Adjuvant ESR2SA1 500,00 0,37 185,02 160,77 68,53 229,30 206,89 41,38 4,14 522,43 1368,77 2260,68 55,90 0,231 ESR2SA2 400,00 0,68 271,84 128,62 100,68 229,30 206,89 41,38 4,14 522,43 1368,77 2247,50 58,40 0,601 ESR2SA3 300,00 1,20 358,66 96,46 132,84 229,30 206,89 41,38 4,14 522,43 1368,77 2234,32 42,50 0,624 ESR2SA4 200,00 2,23 445,47 64,31 164,99 229,30 206,89 41,38 4,14 522,43 1368,77 2221,13 25,20 0,638



Tableau n° 33 : Résultats des essais avec les sables de carrière

SABLE DE CARRIERE NOM C

(Kg/m3) Fil/C Fil (kg/m3)

c (L)

fil (L) Fines Eau

(l/m3) v


Sable de carrière - Filler calcaire ESCC1 500,00 0,03 15,45 160,77 5,42 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2271,77 22,40 -0,356 ESCC2 400,00 0,27 107,08 128,62 37,57 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2263,41 24,80 -0,135 ESCC3 300,00 0,66 198,72 96,46 69,73 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2255,05 22,10 0,063 ESCC4 200,00 1,45 290,36 64,31 101,88 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2246,69 18,00 0,387

Sable de carrière - Filler calcaire + Adjuvant ESCCA1 500,00 0,03 15,45 160,77 5,42 166,19 174,45 34,89 3,49 624,47 1686,07 2375,97 31,40 -0,351 ESCCA2 400,00 0,27 107,08 128,62 37,57 166,19 174,45 34,89 3,49 624,47 1686,07 2367,61 34,20 -0,135 ESCCA3 300,00 0,66 198,72 96,46 69,73 166,19 174,45 34,89 3,49 624,47 1686,07 2359,25 30,70 0,063 ESCCA4 200,00 1,45 290,36 64,31 101,88 166,19 174,45 34,89 3,49 624,47 1686,07 2350,88 25,40 0,389

Sable de carrière - Filler siliceux ESCS1 500,00 0,03 14,63 160,77 5,42 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2270,96 28,20 -0,241 ESCS2 400,00 0,25 101,45 128,62 37,57 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2257,77 43,60 0,328 ESCS3 300,00 0,63 188,27 96,46 69,73 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2244,59 38,40 0,598 ESCS4 200,00 1,38 275,08 64,31 101,88 166,19 220,96 44,19 4,42 568,65 1535,36 2231,41 25,60 0,769

Sable de carrière - Filler siliceux + Adjuvant ESCSA1 500,00 0,03 14,63 160,77 5,42 166,19 149,95 29,99 3,00 653,87 1765,44 2430,03 46,30 -0,242 ESCSA2 400,00 0,25 101,45 128,62 37,57 166,19 149,95 29,99 3,00 653,87 1765,44 2416,84 67,40 0,329 ESCSA3 300,00 0,63 188,27 96,46 69,73 166,19 149,95 29,99 3,00 653,87 1765,44 2403,66 60,40 0,596 ESCSA4 200,00 1,38 275,08 64,31 101,88 166,19 149,95 29,99 3,00 653,87 1765,44 2390,48 42,30 0,758



Tableau n° 34 : Résultats des essais avec les sables de dunes

SABLE DE DUNES


(kg/m3) c


(l/m3) v


Sable de dunes - Filler calcaire ESDC1 600,00 0,26 158,86 192,93 55,74 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2110,27 23,70 -0,263 ESDC2 500,00 0,50 250,50 160,77 87,90 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2101,91 24,20 -0,103 ESDC3 400,00 0,86 342,14 128,62 120,05 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2093,55 23,50 0,098 ESDC4 300,00 1,45 433,78 96,46 152,20 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2085,19 19,80 0,301 ESDC5 200,00 2,63 525,42 64,31 184,36 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2076,83 17,20 0,776

Sable de dunes - Filler calcaire + Adjuvant ESDCA1 600,00 0,26 158,86 192,93 55,74 248,67 230,19 46,04 4,60 475,11 1254,29 2243,34 32,80 -0,263 ESDCA2 500,00 0,50 250,50 160,77 87,90 248,67 230,19 46,04 4,60 475,11 1254,29 2234,98 33,40 -0,103 ESDCA3 400,00 0,86 342,14 128,62 120,05 248,67 230,19 46,04 4,60 475,11 1254,29 2226,62 32,30 0,093 ESDCA4 300,00 1,45 433,78 96,46 152,20 248,67 230,19 46,04 4,60 475,11 1254,29 2218,26 27,80 0,304 ESDCA5 200,00 2,63 525,42 64,31 184,36 248,67 230,19 46,04 4,60 475,11 1254,29 2209,90 24,30 0,776

Sable de dunes - Filler Siliceux ESDS1 600,00 0,25 150,50 192,93 55,74 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2101,91 35,20 -0,015 ESDS2 500,00 0,47 237,32 160,77 87,90 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2088,73 40,50 0,320 ESDS3 400,00 0,81 324,14 128,62 120,05 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2075,54 37,40 0,549 ESDS4 300,00 1,37 410,95 96,46 152,20 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2062,36 26,40 0,591 ESDS5 200,00 2,49 497,77 64,31 184,36 248,67 291,56 58,31 5,83 401,46 1059,84 2049,18 16,10 0,700



SABLE DE DUNES


(kg/m3) c


(l/m3) v


Sable de dunes - Filler Siliceux + Adjuvant ESDSA1 600,00 0,25 150,50 192,93 55,74 248,67 197,86 39,57 3,96 513,90 1356,69 2305,06 56,20 -0,014 ESDSA2 500,00 0,47 237,32 160,77 87,90 248,67 197,86 39,57 3,96 513,90 1356,69 2291,87 63,40 0,323 ESDSA3 400,00 0,81 324,14 128,62 120,05 248,67 197,86 39,57 3,96 513,90 1356,69 2278,69 59,20 0,548 ESDSA4 300,00 1,37 410,95 96,46 152,20 248,67 197,86 39,57 3,96 513,90 1356,69 2265,51 43,90 0,594 ESDSA5 200,00 2,49 497,77 64,31 184,36 248,67 197,86 39,57 3,96 513,90 1356,69 2252,32 28,10 0,694


2007


Remarques

Pour des raisons économiques et selon le cas pratique, nous limitons, dans les

exemples qui suivent, le dosage maximum à 500 kg/m3 pour tous les types de sables sauf

celui de dunes. Quant à ce dernier, nous avons intérêt à étendre ce dosage maximum jusqu’à

600 kg/m3 afin de bien observer la valeur du dosage avec laquelle on obtient une résistance

Rc28 maximale.

I.5/ Representation graphique des résultas

II..55..11// FFiilllleerr//CC eenn ffoonnccttiioonn ddee CC

La relation entre Filler/C et C pour les quatre types de sable est évaluée

graphiquement par les courbes suivantes :

• Sable de rivière 1

Figure n°34 : Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de rivière 1


2007



Figure n°35 : Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de rivière 2

• Sable de carrière

Figure n° 36 : Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de carrière


2007


• Sable de dunes

Figure n° 37 : Courbes de Filler/C en fonction de C pour le sable de dunes

Les tracés des courbes Filler/C en fonction de C ci-dessus présentent une allure

hyperbolique; ils correspondent respectivement aux quatre types de sable. Cependant, il est à

noter que les courbes pour le filler siliceux et le calcaire sont très proches. Elles rejoignent

l’axe de l’abscisse sur un même point. Les caractéristiques du sable déterminent les

minimum et maximum des proportions du dosage en ciment ; La valeur de C pour cette

intersection avec l’axe des abscisses n’est autre que le dosage maximale de ciment.

II..55..22// RRCC2288 eenn ffoonnccttiioonn ddee ffiilllleerr//CC

Les courbes suivantes montrent les variations de la résistance RC28 du béton en

fonction de filler/C. Pour chaque type de sable, nous allons présenter ces variations, sur un

même graphique, pour le calcaire (en bleu) et le siliceux (en rouge), sans (clair) et avec

(foncé) adjuvant.


2007



Figure n° 38 : Courbes de RC28 en fonction de filler/C pour le sable de rivière 1


Figure n° 39 : Courbes de RC28 en fonction filler/C pour le sable de rivière 2


2007



Figure n° 40 : Courbes de RC28 en fonction de filler/C pour le sable de carrière

• Sable de dunes

Figure n° 41 : Courbes de RC28 en fonction de filler/C pour le sable de dunes

Les quatre courbes de RC28 en fonction du dosage en ciment C, présentent une allure

semblable : elles croissent et atteignent un maximum puis diminuent asymptotiquement


2007


jusqu’à une valeur inférieure à la valeur initiale. La croissance est nettement importante pour

le siliceux. Toutefois, la valeur optimale du rapport filler/C correspondant à la meilleure

résistance n’est pas la même pour le siliceux et le calcaire et diffère d’un type de sable à

l’autre. La meilleur résistance est obtenue à partir de l’utilisation du sable de carrière car,

avec le filler siliceux, elle atteint jusqu’à 68MPa.

II..55..33// RRCC2288 eenn ffoonnccttiioonn dduu ddoossaaggee eenn cciimmeenntt CC

Les courbes suivantes montrent les variations de la résistance RC28 du béton en

fonction du dosage en ciment C. Pour chaque type de sable, nous allons présenter ces

variations, sur un même graphique, pour le calcaire (en bleu) et le siliceux (en rouge), sans

(clair) et avec (foncé) adjuvant.


Figure n° 42 : Courbes de RC28 en fonction du dosage C pour le sable de rivière 1


2007





Figure n° 44: Courbes de RC28 en fonction du dosage C pour le sable de carrière


2007


• Sable de dunes

Figure n° 45 : Courbes de RC28 en fonction du dosage C pour le sable de dunes

Les quatre courbes de RC28 en fonction du dosage en ciment C, présentent une allure

semblable. La résistance maximale du béton est atteinte pour une valeur du dosage C

d’environ 450kg/m3 pour le siliceux et 400kg/m3 pour le calcaire. L’adjuvant accroit la

résistance du béton, notamment dans le cas de siliceux. Les courbes des autres types de

sables permettent de saisir les ressemblances entre elles. Le dosage C optimal, c'est-à-dire

offrant une meilleure résistance Rc, est fonction du type de filler et du type de sable.


2007


II..55..44// KK eenn ffoonnccttiioonn ddee FFiilllleerr//CC


Figure n° 46 : Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de rivière 1


Figure n° 47 : Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de rivière 2


2007



Figure n° 48 : Courbes de K en fonction du rapport Filler/C pour le sable de carrière

• Sable de dunes

Figure n° 49 : Courbes de K en fonction du rapport Fil/C pour le sable de dunes

Les figures 45, 46, 47, 48 correspondant aux quatre types de sable expriment la

variation de K en fonction du rapport Filler/C. Elle est strictement croissante, pourtant, la

courbe du siliceux peut être schématisée en deux portion. La première se caractérise par une


2007


croissance rapide et la seconde croit lentement selon les types du sable utilisés. Pour le

calcaire, la fonction est grossièrement linéaire mais présente en fait un point d’inflexion.

Plus ou moins accentuée, cette allure reste observée pour les autres types de sable tandis que

les points caractéristiques des courbes varient. Il est à noter que l’adjuvant ne modifie pas la

valeur de K.

Ces courbes serviront d’abaques pour des utilisations ultérieurs des sables avec un

filler donné, pour la confection de béton avec les mêmes matières premières.

Pour un central de fabrication de béton, ou pour les grandes sociétés de construction,

il est nécessaire de dresser ces abaqueschaque fois qu’il y a de nouveaux approvisionnement

en matiéres premières et surtout chaque fois que l’on change de matières premières.

II..55..55// LLeess vvaalleeuurrss ddee FFiilllleerr//CC eett CC ccoorrrreessppoonnddaanntt àà llaa vvaalleeuurr ddee RRCC2288 mmaaxxiimmuumm

A partir du tableau ci-dessous récapitule les valeurs du dosage en ciment, et du

rapport Filler/C optimaux pour obtenir une résistance maximale du béton de sable

Tableau n° 35 Les valeurs de Filler/C et C correspondant à la valeur de RC28 maximum

Filler calcaire Filler siliceux TYPES

ESSAI C Kg/m3 Filler/C RC28

(MPa) ESSAI C

Kg/m3 Filler/C RC28

(MPa) Sable de rivière 1 ESR1C5 400 0,38 25,40 ESR1S4 400 0,36 41,20

Sable de rivière 2 ESR2C3 500 0,39 20,20 ESR2S4 450 0,51 37,30

Sable de carrière ESCC4 400 0,27 24,80 ESCS4 400 0,25 43,60

SAN

S A

DJU

VAN

T

Sable de dunes ESDC5 500 0,50 24,20 ESDS5 500 0,47 40,50

Sable de rivière 1 ESR1CA5 400 0,38 34,80 ESR1SA4 450 0,22 64,80

Sable de rivière 2 ESR2CA3 500 0,39 28,20 ESR2SA4 450 0,51 59,20

Sable de carrière ESCCA4 400 0,27 34,20 ESCSA4 400 0,25 67,40

AVE

C A

DJU

VAN

T

Sable de dunes ESDCA5 500 0,50 33,40 ESDCA5 500 0,47 63,40


2007


I– 3/ Utilisation d’un ciment composé

Béton de sable fabriqué avec :

o Sable de rivière 1 avec D = 4mm, d=0,1mm

o avec Ciment CEM II /A 42,5N, classe vraie FCE= 58,5 MPa, =3,06

o avec adjuvant superplastifiant

o filler calcaire

Nous proposons de reprendre dans ce cas la formulation mais cette fois avec un

ciment composé CEM II /A 42,5N. Nous serons alors amenés à partitionner le ciment entre

le clinker et les fines. Nous faisons également l'hypothèse que les fines incorporées dans le

ciment sont de même nature que les fillers d'addition de la formulation proprement dite.

Les dosages en fines, eau, vides et sable sont alors inchangés, soit :

[fines] =1000 x 0,38(0,1/4)0,2 = 181,71 L/m3

Pour optimiser l'utilisation des fillers calcaires, en supposant que le ciment est dosé à

85 % de clinker et 15 % de filler, nous devons avoir :

[fines] = [filler] + [ciment] (en volume)

(kg/m3)

prenons un dosage en ciment C = 300 kg/m3

Filler = (181,71 – 300 – 300).2,85= 239,2 Kg/m3

1,11

Avec un mélange défloculé, nous estimons la taille des plus petites particules à l’aide

de la formule [29], pour une finesse de Blaine moyenne de 3 432cm²/g du filler calcaire:

d= 60/(2,85 x 3432) = 0,0061mm


[eau+vides] = O,8x(0,0061/4)0,2x1000= 218,64 L/m3



volume des vides

[vides] = 218,64 – 182,2 = 36,44 L/m3 soit 3,6%


2007





1529,1+300+239,2+180,55+2 = 2250,85Kg/m3

Pour utiliser la formule de Feret modifiée, nous considérons alors que le clinker a

une classe équivalente majorée de 18% par rapport à la classe du ciment soit 58,4 x 1,18 =

68,91 MPa avec un dosage de 0,85 x 300 = 255 kg/m3, KF=4,75

A partir de l’abaque de la figure :40 K=0,2 correspodant à filler/C=1,11 pour

C=255 kg/m3

Donc :

Ce qui est tout à fait normal compte tenu du fait que la décomposition du ciment

composé revient à considérer un ciment pur de classe sensiblement identique à celle du

CEM II /A 42,5N, avec un dosage total en filler optimisé, et un dosage en ciment

équivalent. du même ordre de grandeur.


o Sable de carrière avec D = 5mm , d=0,08mm

o avec Ciment CEM II /A 42,5N, classe vraie FCE= 58,5 MPa,

o avec adjuvant superplastifiant

Nous proposons de reprendre dans ce cas la formulation ESR1C4, en limitant le

dosage en filler calcaire à la moitié du dosage obtenu précédemment (Filler) = 176 kg / m3.

Les dosages en fines, eau, vides et sable sont toujours inchangés, soit :

Les dosages en fines, :

[fines] =1000 x 0,38(0,1/4)0,2 = 181,71 L/m3


volume des vides

[vides] = 218,64 – 182,2 = 36,44 L/m3 soit 3,6%

[Sable] = 1000 - 181,71 – 218,64 = 599,65 L/m3, soit une densité de 2,55

correspondant à un dosage en masse de 1529,1 kg/m3.

1529,1+332,08+200+180,55+2 = 2246,27Kg/m3


2007


Nous choisissons dans ce cas de limiter le dosage en filler à 176 kg/m3, ce qui se

traduit par une augmentation du dosage en ciment pour conserver la quantité optimale de

fines :

(kg/m3)

C = (181,71 – ). = 368 Kg/m3

Pour utiliser la formule de Feret modifiée, nous considérons alors que le clinker a

une classe équivalente majorée de 18 % par rapport à la classe du ciment, soit 58,4 x 1,18 =

68,91MPa avec un dosage de 0,85 x 368 = 312,8 kg/m3. Le dosage total en filler correspond

alors à la somme du dosage en filler apporté, 176 kg/m3, et du filler contenu dans le ciment,

soit 0,15 x 368 = 55,2 kg/m3, ce qui donne 231,2 kg/m3.

Filler/ ciment=231,2 / 312,8=0,73

D’après l’abaque de la figure 40, K=0,04

avec KF= 4,75

IIII// EEssssaaii eexxppéérriimmeennttaall ddee ffoorrmmuullaattiioonn dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee

Dans cette méthode, nous allons envisager la formulation du bétons de sable par la

méthode éxperimentale.

Supposons que la maniabilité est bonne, le temps d’écoulement mesuré sur la

maniabilimètre à mortier est T=7s

Résistance voulue : RC28= 20MPa ,

Essai : ESR1C1E


o Ciment CEM I 42,5 N;

o Sable de rivière 1 avec D=4mm et d=0,1mm densité :2,55

o Filler calcaire


2007


II.1/ Détermination d’une formule de base sans fines d’addition

IIII..11..11// DDoossaaggee eenn cciimmeenntt

La résistance est imposée, ce qui nous conduit à fixer un dosage en ciment et un

rapport Filler/Ciment à partir des abâques correspondant au sable de rivière 1, filler calcaire

La courbe de la figure 32 nous donne filler/C 1,2 pour RC28= 20MPa

La courbe de la figure 28 donne un dosage en ciment d’environs 245Kg/m3 pour

Filler/C =1,2

Nous adoptons donc un dosage en ciment C=245kg /m3

IIII..11..22// DDoossaaggee eenn eeaauu eett eenn vviiddee dduu bbééttoonn

La formule [36] nous permet d’avoir un dosage en eau approximatif, pour un

mélange non défloculé :

On a, E= (800/1,13)(0,02/4)0,2 = 245 L

Ce qui nous donne un volume d’air occlus

Air O,2 eau

Soit : Air 49L

IIII..11.. 33// DDéétteerrmmiinnaattiioonn dduu ddoossaaggee eenn ssaabbllee

On considère un béton dosé à 245 kg de ciment et à 49 % d'air occlus.

Le dosage approximatif en eau, pour 245kg de ciment, est égal à 245 L.

Tableau n°:36 Exemple de calcul de la quantité de sable

Constituants Dosage massique [Kg] Dosage volumique [L]

Ciment 245 78,8


2007


Filler 0 0 Sable x x / 2,55

Adjuvant 0 0 Eau 245 245 Air 49

Masse théorique 490 + x Volume théorique 1 000 L

La composition est calculée par 1m3 de béton

Donc 1 000 = 78,8 + 245 + 49 + x/2,55

x=[1 000-(78,8+245+49)]2,55=1 599Kg

ce qui donne une masse volumique théorique

=490+1599= kg /m3

IIII..11.. 44// RRééggllaaggee ddee llaa mmaanniiaabbiilliittéé eett dduu rreennddeemmeenntt ddee llaa ffoorrmmuullee

Le melange - ciment 245 kg,

- sable S1 = 599kg,

- eau E1 = 245L

a permis d’obtenir une maniabilité caractérisée par T=11s

Ce qui correspond à un béton un peu trop consistant ; il nous faut ajouter de l’eau et

enlever du sable.

La masse volumique réelle mesurée sur le béton frais est : =1 905 kg/m3

Correction de la maniabilité

Nous ajoutons un volume V=5L d’eau qui remplace un volume de sable égal

Correction du sable

S2=S1-( - )-v.2,55

S2=1 599-(2 089-1 905)-(5 x 2,55)=1 402kg

Ce qui donne une masse volumique

=2 089 + 5 + 1 402 – 1 599= 1 897kg/m3

Une gachée a été effectuée avec cette composition et a donné :

- T 7s ce qui est acceptable.

- 1 960 kg/m3

S3=1402 – (1 897-1 960)=1 465kg

- 1 960 kg/m3

- 1 906 kg/m3


2007


S4=1 465 – (1 960 – 1 906)=1 411kg

- 1 906 kg/m3

- 1 925 kg/m3

S5=1 411 – (1 906-1 925)=1430kg

- 1 925 kg/m3

- 1 912 kg/m3

S6 = 1 430 – (1 925-1 912)=1417kg

- 1 912 kg/m3

- 1 915 kg/m3

S7 = 1 417 – (1 915-1 912)=1 414kg

- 1 915 kg/m3

- 1 913 kg/m3

Les valeurs de sont assez proches nous pouvons adopter cette composition

(ciment : 245kg, eau 250L et sable 1414kg)

Ce qui correspond à une masse volumique

kg/m3

IIII..11.. 55// DDéétteerrmmiinnaattiioonn dduu ddoossaaggee eenn ffiilllleerr

Nous avons Filler/C=1,2 Filler= 1,2C

La quantité du filler est d’environ:

Fil= 1,2 x 245 = 294kg

L’addition du filler au mélange précedente nous donne :

- 3

- kg/m3

ce qui veut dire, qu’en réalité, le melange fait plus de 1m3

Nous imputons cet excedent de volume à un surplus de filler qu’il nous faut

enlever

Fil= 294-( - =288Kg/m3

De plus l’addition de filler a entrainé une maniabilité de T=6s

Un ajout de 3L d’eau au mélange a permis de ramener la maniabilité à T=7s

(ajouter de l’eau par tranche de 1L et enlever un égale volume de Filler)

Ce qui donne en définitif :


2007


E= 250 +3=253 L/m3

Fil=288-(3x2,85) 279,5kg/m3

Filler/c=1,14

Le dosage final adopté pour 1m3 de béton est :


245 1414 279,5 253

Ce qui donne une masse volumique

=2202 x 3-(3x2,85)=2196 kg/m3

La mesure de la résistance a donné RC28=21,2MPa

IIIIII// QQuueellqquueess eexxeemmpplleess dd’’uuttiilliissaattiioonn dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee sseelloonn lleess rrééssuullttaattss ddeess eessssaaiiss

Les tableaux suivants montrent quelques possibilités d’usages des essais ci-dessus

suivants les conditions réquises.

Tableau n°37 Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de rivière 1

DOMAINE D’UTILISATION BATIMENT

FONDATION Eléments :

VOIRIE Selon la norme NF P 981 70

Suivant les classes de résistance RC28

ESSAI

Superficielle Profonde non Porteur Porteur 1 2 3 4 5 6 ESR1C1 X ESR1C2 X X X ESR1C3 X ESR1C4 X

ESR1CA1 X X X X X ESR1CA2 X X X X X ESR1CA3 X X X X X ESR1CA4 X X X ESR1S1 X X X X X ESR1S2 X X X ESR1S3 X X X


2007


ESR1S4 X ESR1SA1 X X X ESR1SA2 X X X ESR1SA3 X X X X X ESR1SA4 X X X Tableau n°38 Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de rivière 2

DOMAINE D'UTILISATION

BATIMENT FONDATION

Eléments : VOIRIE Selon la norme NF P 981 70 Suivant les classes de résistanceRC28

ESSAI

Superficielle Profonde non Porteur Porteur 1 2 3 4 5 6 ESR2C1 X ESR2C2 X ESR2C3 ESR2C4

ESR2CA1 X ESR2CA2 X X X ESR2CA3 X ESR2CA4 X ESR2S1 X X X X X ESR2S2 X X X X X ESR2S3 X ESR2S4

ESR2SA1 X X X X X ESR2SA2 X X X X X ESR2SA3 X X X ESR2SA4 X X X


2007


Tableau n°39 Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de carrière.

DOMAINE D'UTILISATION BATIMENT

FONDATION Eléments :

VOIRIE Selon la norme NF P 981 70 Suivant les classes de résistanceRC28 ESSAI

Superficielle Profonde non Porteur Porteur 1 2 3 4 5 6 ESCC1 X ESCC2 X ESCC3 X ESCC4 X ESCCA1 X X X X X ESCCA2 X X X X X ESCCA3 X X X X X ESCCA4 X X X ESCS1 X X X X ESCS2 X X X ESCS3 X X X ESCS4 X X X ESCSA1 X X X X X ESCSA2 X X X X X ESCSA3 X X X X X ESCSA4 X X X


2007


Tableau n°40 Exemples utilisations du béton de sable fabriqué avec sable de dunes.

DOMAINE D'UTILISATION BATIMENT FONDATION Eléments

VOIRIE Selon la norme NF P 981 70

Suivant les classes de résistanceRC28

ESSAI

Superficielle Profonde non Porteur Porteur 1 2 3 4 5 6

ESDC1 X ESDC2 X ESDC3 X ESDC4 X ESDC5 X

ESDCA1 X X X ESDCA2 X X X ESDCA3 X X X ESDCA4 X X X ESDCA5 X X ESDS1 X X X X X ESDS2 X X X X X ESDS3 X X X X ESDS4 X X X ESDS5 X

ESDSA1 X X X X X ESDSA2 X X X X X ESDSA3 X X X X X ESDSA4 X X X ESDSA5 X X X

IIVV// EExxeemmpplleess ddee ddiimmeennssiioonnnneemmeenntt ddee cchhaauussssééee

On va essayer le dimensionnement de structure de chaussée utilisant le béton de

sable ; c'est-à-dire de donner l’épaisseur et les caracteristiques du béton de sable capable de

supporter et transferer au sol de fondation les sollicitations au dessus de la chaussée. (les

notes de calculs sont trouvés dans l’annexe page :VI-XI.)


2007


Deux exemples:

o Exemple n°1 : dimensionnement de structure en béton armées continue

(BAC) fondation en béton de sable pour un trafic lourd de classe T1

o Exemple n°2 : dimensionnement d’une chaussée en dalles minces de béton de

sable sur fondation en sable traité au ciment, pour un trafic faible de classe

T4.

IIVV..11..11// LLeess ddoonnnnééeess ::

Les deux exemples renvoient au guide technique LCPC SETRA pour la conception

et le dimensionnement des chaussées, dont ils épousent sérieusement la démarche, les

hypothèses, et les notations.

IV.1/ Exemple : 1

IIVV..11..11// DDoonnnnééeess ::

Chaussée en béton armé continu sur fondation en béton de sable

o Chaussée 2 x 2 voies, dimensionnement à effectuer pour la voie lente

(constante de dimensionnement pour chaussée a 2x2 voix m=90)

o Trafic de classe T1 : Moyenne journalière annuelle (MJA)=475 poids lourds :

o Taux de croissement géométrique : =7% par an;

o Durée de service : p=20 ans;

o Plate- forme support de classe PF2 : Module d’élasticité E= 50 000MPa et

coefficient de poison =0,35 :

o Type de structure retenue : béton de sable armé continu (BSAC) sur fondation

en béton de sable (BS)

o Caractéristiques mécaniques des bétons :

- BSAC : classe de matériau 5

- BS : classe de matériau 2

IIVV..11..22// RRééssuullttaattss

Le Tableau n°41 rassemble les principaux résultats de calcul. Pour chaque hauteur de

béton de sable Hbs entre 15 cm et 18 cm. La hauteur de BSAC Hbac associée est celle pour


2007


laquelle la contrainte de traction maximale à la base du BSAC est égale à la contrainte

admissible (NE)=1,5MPa. Ce Tableau n°41 fournit de plus les valeurs correspondantes de

la contrainte de traction maximale à la base du béton de sable, et de la déformation

maximale dans le support.

Tableau n°41 Exemple de calcul n° 1, résultats du modèle Alizé.

Hbsac (cm)

Hbs (cm)

(MPa)

21,5 15 0,607 148 21 16 0,645 150 20 17 0,703 156

19 18 0,772 163

Les valeurs de restent bien inférieures à la limite t(NE) = 1,50 MPa. La

condition de non-dépassement de la contrainte admissible dans le béton de sable apparaît

donc non déterminante pour le dimensionnement. Les spécifications d'épaisseur minimale

imposent pour cette couche de fondation Hbs 15 cm.

Pour la couche de base en BAC, les spécifications d’épaisseurs minimales imposent :

Hbac 20 cm.

Les couples d'épaisseurs 21.5BSAC/15BS, 21BSAC/16BS el 20BSAC/17BS sont

donc des solutions possibles. Le coût du béton de sable en fonction est certainement moindre

que le coût du béton BSAC de la courbe de base; la structure optimale finalement proposée

est la suivante :

o BSAC en couche de base : 20 cm,

o BS en couche de fondation : 17 cm.

D’après nos essais, on peut prendre comme compositions de ces bétons les

composantes suivantes :

(pour un mètre cube de béton) Pour BSAC en couche de base :les essais qui ont une perfomance mécaniques

conforme à cette couche de base sont : o ESR1SA3, ESCSA1

satisfont la condition :

- RC28 45MPa


2007


Pour BS en couche de fondation:

o ESR1C1, ESR1C2, ESR1C3,

o ESR2C1, ESR2CA3,

o ESCC1, ESCC2, ESCC3, ESCCA5, ESCS4 ESCS1,

o ESDC1, ESDC2, ESDC3, ESDC4, ESDS1, ESDS2


- RC28 20MPa

On vérifie enfin que la déformation verticale maximale dans le support =156 déf.

Reste inférieure à la valeur admissible = = 349 déf.

La détermination des armatures longitudinales du BSAC et des leur liaison devra

compléter le dimensionnement qui précède

IV.2/ Exemple : 2

Chaussée de type dalles minces en béton de sable sur fondation en sable ciment

IIVV..22..11// DDoonnnnééeess

Les données pour ce second exemple de dimensionnement sont les suivantes :

o chaussée à 2 voies, de largeur 5,85 m (m = 1,50);

o Trafic de classe T4 : MJA = 35 poids lourds;

o Taux de croissance géométrique : t = 4 % par an;

o Durée de service : p = 25 ans;

o Plate-forme support de classe PF2 : E = 50MPa et v = 0,35;

o Type de structure retenue : dalles minces en béton de sable (BS) sur définition

en sable ciment (SC) :

o Caractéristiques mécaniques des matériaux :

- BS : Classe de matériaux 3;

- SC : classe de matériaux 4.

IIVV..22..22// RRééssuullttaattss

La charge de calcul est le demi-essieu simple à roues jumelées 130KN.


2007


Le Tableau n° 42 fournit les principaux résultats de calcul. Pour chaque couple de

valeurs Hbs/Hsc. L’une au moins des contraintes de traction atteint la valeur admissible

du matèriau l’autre est inférieur ou égale à la contrainte admissible de l’autre materiau. Le

Tableau n°42 fournit de plus la valeur correspondante de la déformation maximale dans le

support.


2007


Tableau n°42 Exemple de calcul n°2, résultats du modèle Alizé

Hbs (cm)

Hsc (cm)

(MPa)

(MPa)

24,5 18 1,14 0,41 148 24 19 1,14 0,43 151

23,7 20 1,14 0,46 154 22,3 21 1,14 0,50 161 21,7 22 1,14 0,51 162 21 23 1,14 0,55 168 20 24 1,14 0,58 172

18,7 25 1,14 0,61 176 17,5 26 1,14 0,66 182 16 28,5 1,06 0,66 175 15 30 1,02 0,66 170

L'épaisseur minimale de mise en œuvre du béton de sable est fixée à 15cm et celle du

sable ciment à 18 cm. On vérifie que les différents couples de valeurs Hbs/Hsc sont accepte

Le choix final de la structure reposera en pratique sur des comparaisons économiques

entre ces différentes solutions, à partir des coûts de mise en œuvre des différents matériaux

et de sujétions éventuelles liées au contexte du projet (par exemple : non dépassement d'une

valeur maximale d'épaisseur de structure). D’après nos essai, pour le béton de sable en couche de base, on peut utiliser :

o ESR1C2, ESR1CA4,

o ESR2CA1, ESR2CA2, ESR2S3, ESR2SA4,

o ESCCA4, ESCCA4, ESCS4, ESCS1,

o ESDCA2, ESDS2 , ESDSA3


- RC28 25MPa


2007


VV// QQuueellqquueess eexxeemmpplleess ddee ccoommppoossiittiioonn dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee dd’’aapprrèèss nnooss eessssaaiiss

V.1/ Poutres

Bien entendu, la formulation sera déterminée en fonction des contraintes, mais on

peut citer pour exemple celle qui a servi de base aux expérimentations et n'a pas nécessité

d'adaptation particulière du matériel de l'usine :

Composition


o Sable de rivière 1 avec D=1mm et d=0,08mm densité : 2,55

Avec un dosage S=1 606,86 kg/m3

o Adjuvant superplastifiant=3kg

o Eau avec adjuvant: 153 L /m3

o Filler siliceux, dosé à 230 kg/m3

Caractéristiques:

RC28= 40,9 MPa

Ec : 23 000Mpa

Bonne adhérence aux armatures

Samblable à béton traditionnel

Maniabilité: 7 à 10 secondes, au maniabilimètre à béton

Ces performances, déjà largement satisfaisantes, peuvent être améliorées par

l'addition d'une charge de granulats.

V.2/ Pieu type B25

Pour 1 m3 de beton de sable pour pieu de type B25; la composition des différents

constituants et la suivante :

Composition


o Sable de carrière d=0,08mm ; D=5mm , dabs=2,64

o Fines d'addition filler calcaire 152 kg

o Eau avec adjuvant 174,5L


2007


o Adjuvant fluidifiant-retardateur 3,5 kg

Caractéristiques:

o RC28= 36 MPa

o Retrait : 0,206 mm/m

o Gonflement : 0,118 mm/

o Maniabilité: 3à 10 secondes, au maniabilimètre à béton

o Masse volumique apparente du béton=2140kg/m3

Avantages : maniabilité, pompabilité, non ségrégabilité et délavage très réduit.

V.3/ Eléments peu ou non porteur

Voici un exemple de la composition du béton de sable pour les éléments peu ou non

porteurs

Composition


o Sable de dune D=1,25mm ; d=0,15mm : 1060Kg/m3

o Filler calcaire :434 Kg/m3

o Eau : 291,5 L /m3

Caractéristiques:

o RC28= 18 MPa

o Retrait : 0,146 mm/m

o Gonflement : 0,218 mm/m

o Bonne adhérence aux armatures

o Samblable à béton traditionnel

o Maniabilité: 9 à 15 secondes, au maniabilimètre à béton

o Masse volumique apparente du béton=2053kg/m3

V.4/ Dallage industrielle

Pour dallage industruelle en béton de sable de classe de matériaux 3

Composition


2007



o Sable de rivière 2 D=1 ;25 mm ; d=0,15mm : 1369Kg/m3

o Filler siliceux : 358,66 Kg/m3

o Eau : 207 L /m3

Caractéristiques:

o RC28 36 MPa

o Plasticité 2 à 4 cm,

o Maniabilité LCPC : 7 à 15 secondes, au maniabilimètre à béton

o Teneur en air 5 à 7%, à l’aéromètre du béton

o Densité apparente du béton : 2234,32kg/m3

Pour dallage industruelle en béton de sable de classe de matériaux 6

Composition


o Sable de dune D=4 mm ; d=0,1mm dosage : 1357Kg/m3

o Filler siliceux : 80 Kg/m3

o Adjuvant : 3Kg

o Eau : 157 L /m3

Caractéristiques:

o RC28 60 MPa

o Maniabilité LCPC : 7 à 12 secondes, au maniabilimètre à béton

o Teneur en air 5 à 8%, à l’aéromètre du béton

o Densité apparente du béton : 2300kg/m3

VVII// RReemmaarrqquuee Le nombre de constituants du mélange béton de sable (un ou deux sables, ciment,

additions (fines), un ou deux adjuvants), et leurs dosages ne sont pas pour les industries bien

équipées un handicap, et les moyens technologiques et humains dont ils disposent autorisent

affutage de formulations qui peuvent mettre en exergue les avantages de ces bétons, tant sur

le plan technique qu’économique.


2007


CHAPITRE XI / AVANTAGES ET LIMITE D’EMPLOI DES BETONS DE SABLE

II // AAvvaannttaaggeess ddeess bbééttoonnss ddee ssaabbllee

I.1/ L'ouvrabilité

Cette capacité du béton de sable à remplir les moules avec une énergie de serrage

moindre, sans préjudice pour les autres propriétés du matériau, constitue un atout significatif

dans bien des domaines.

C’est ainsi que :

• Le béton de sable se révèle apte à garnir les éléments les plus fins ou

les plus inaccessibles des moules;

• Le béton de sable conserve sa cohésion, son homogénéité et de bonnes

résistances, sans apport d'énergie de serrage;

• Le béton de sable garantit un bon enrobage des aciers, même si le

ferraillage est très dense ou très compliqué, et même quand la

vibration est impossible ou inopérante;

• Les distances de pompage sont accrues.

I.2/ Qualité d'aspect

Conséquence de leur ouvrabilité et de leur faible granularité, on peut obtenir

facilement avec les bétons de sable des effets architectoniques aussi variés qu'étonnants et

séduisants :

• aspect très lisse, type marbre;

• aspect finement grenu, type pierre;

• arêtes parfaitement définies;

• reproduction fidèle de moules extrêmement fins;

• absence de défauts d'aspect, notamment dus à la ségrégation.

CHAPITRE XI / AVANTAGES ET LIMITES D’EMPLOI DES BETONS DE SABLE


2007


I.3/ Homogénéité — Cohésion

Composition et granulométrie confèrent aux bétons de sable homogénéité et

cohésion.

L'intérêt essentiel en est une réduction significative de la ségrégation, et de tous les

déboires qu'elle entraîne. Mais ils offrent aussi une bonne résistance au délavage et une

meilleure tenue aux chocs.

I.4/ Les applications privilègiees

II..44..11// LLeess bbééttoonnss nnoonn vviibbrrééss

Les bétons non vibrés, soit parce que la vibration est impossible, soit parce qu’il est

jugé avantageux de s’en abstenir, ces bétons sont souvent des bétons fluides, utilisés

notamment pour :

• La fabrication des pieux forés;

• La réalisation de dallages autocompactants ou autonivelants;

II..44..22// LLaa pprroojjeeccttiioonn

Le béton de sable se prête au renforcement de suivre par projection par voie

mouillée. Les nuisances de la voie sèche sont ainsi évitées et les rendements de chantier sont

bien supérieurs. Ces bétons de sable projetés se sont révélés particulièrement intéressant,

techniquement et économiquement, pour :

• la réhabilitation de collecteurs d'assainissement.

• la stabilisation de parois ou talus;

II..44..33// lleess ttrraavvaauuxx eenn iimmmmeerrssiioonn ::

Avec un délavage limité conjugué à l’absence de ségrégation et au maintien des

propriétés rhéologiques le béton de sable est adapté à la mise en œuvre de béton coute sous

l’eau les techniques de reprises en sous-œuvre, par injection ou coulage gravitaire : le béton

de sablé se situe favorablement par rapport aux coulis et mortiers. Citons, par exemple :

• la réparation de fondations,


2007


• le comblement de cavités,

• la construction ou le renforcement d'ouvrages portuaires;

II..44..44// LLaa pprrééffaabbrriiccaattiioonn dd''éélléémmeennttss ddeessttiinnééss àà rreesstteerr aappppaarreennttss ::

Les qualités de fini des surfaces et arêtes qu'on peut obtenir avec des bétons de

sable, alliées à de bonnes performances mécaniques, sont des critères déterminants pour de

tels éléments, type blocs de construction pour bâtiments ou clôtures, et éléments de mobilier

urbain ou de jardin.

Ces domaines d'utilisation privilégiés des bétons de sable sont ceux où la technique

s'est révélée particulièrement prometteuse.

Toutefois, les autres applications du béton, que ce soit en génie civil ou en bâtiment,

sont également réalisables, presque toutes, en béton de sable : le choix entre les deux types

de matériau résulte alors de la prise en compte globale des données technico-économiques

locales.

I.5/ Intérêt économique

Il se situe, soit dans la valorisation d'une ressource locale abondante parfois liée à un

déficit en gros granulats —, soit dans l'abaissement des prix de revient, inhérent aux

caractéristiques spécifiques du matériau,

II..55..11// RReessssoouurrccee llooccaallee eenn mmaattiièèrree pprreemmiièèrree

- sables excédentaires : quelle que soit l'origine de ces excédent (sables naturels ou

de concassage) leur utilisation optimale sous forme de bétons de sable est, à l'évidence,

profitable à l'économie locale;

- Pénurie en gravillons, que cette situation soit présente ou a venir l’intérêt

économique de trouver un matériau de substitution au béton traditionnel est

manifesté :maitriser la technologie du béton de sable pour des applications aussi larges que

variées se révèle dans ce cas une opportunité fort intéressante pout l’économie de la région,

ou du pays, concernée :

- Contraintes écologiques : il est clair que désormais seront davantage prises en

compte les préoccupations écologiques légitimes à propos des prélèvements massifs de

granulats alluvionnaires de qualité : ces prélèvements, sur une ressource non inépuisable, ne


2007


sont pas, la plupart du temps, indispensables, surtout pour fabriquer des bétons courants; et,

outre les « gaspillages » qu'ils génèrent, ils portent atteinte aux équilibres naturels. Le béton

de sable peut être une réponse de progrès susceptible de concilier impératifs économiques

(développement des infrastructures) el nécessité de préserver l'environnement.

II..55..22// AAbbaaiisssseemmeenntt ddee pprriixx ddee rreevviieenntt

En dehors des cas cités ci-dessus, l'intérêt technique de certaines applications rejoint

l'intérêt économique.

Au paragraphe 1.4, ont été rappelées les applications privilégiées des bétons de sable

: les choix résultent de l'appréciation de critères techniques, mais ces applications ne se

développent que parce que le béton de sable y est également économiquement avantageux.

A l'heure actuelle, l'avantage ne provient pas du coût de production des matériaux :

en effet, selon la conjoncture locale et pour des usages et performances équivalents, il

n'existe pas d'écart significatif entre bétons et bétons de sable.

Mais, grâce à son comportement rhéologique, le béton de sable peut permettre un

abaissement de prix de revient grâce à :

• des économies de matière;

• des gains de productivité de chantier : efficacité et rapidité d'exécution

améliorées;

Une réduction du coût social des travaux : réduction de la pénibilité des nivaux et des

nuisances de chantier.

IIII// LLiimmiitteess dd’’eemmppllooii

II.1/ Limites inhérentes à la nouveauté

La technologie du béton de sable étant récente, savoir-faire et expérience sont

nécessairement à acquérir, de manière progressive, par les utilisateurs habituels du béton.

Tant que la technique ne s'est pas vulgarisée, les différents intervenants de l'acte de

construire doivent faire preuve de motivation pour décider d'employer le béton de sable et

pour l'utiliser de façon satisfaisante : c'est par le biais d'actions en partenariat que peut

s'échafauder un savoir faire commun.

La banalisation de l'emploi de béton de sable pour divers usages ne pourra intervenir

qu'avec un recul suffisant dans le temps.


2007


II.2/ Contraintes de formulation

Les performances d’un béton de sable sont extrêmement dépendantes :

• De la qualité de la formulation

• Du respect de cette formulation

Certains usages nécessitent des formules complexes ou « pointues » mises au point

après une étude de formulation, et mise en œuvre dans des conditions très strictes.

Certains formulations sont sensibles aux moindres fluctuations de la teneur en eau

(c’est le cas notamment avec utilisation de coffrages glissants) et nécessitent un minimum de

préparations lors du stockage des constituants, de la fabrication et du transport.

La composition d'un béton de sable exige, par définition. L’utilisation de filler : il est

donc nécessaire de pouvoir s’approvisionner sans difficulté en filler sur le site de fabrication.

Dans le cas d'utilisation de sables fillérisés, il faut s’assurer que le producteur est en mesure

de maîtriser la teneur en filler.

Toutes ces contraintes relèvaent d’usages non courants nécessitent les concours de

spécialistes.

Il est bien évident que pour les usages courants, correspondant à la part essentielle du

marché des bétons, la formulation d’un béton de sable, une fois mise au point sa teneur en

eau, ne constitue surement pas une contrainte insurmontable pour les habituels utilisateurs

du béton

II. 3/ Les performances

IIII..33..11// PPeerrffoorrmmaanncceess,, mmééccaanniiqquueess

Les performances mécaniques ne constituent pas l'unique critère de jugement de la

qualité d'un béton : on a vu notamment que bon nombre de propriétés spécifiques des bétons

de sable les rendent préférentiels pour certains usages.

Toutefois, la classification des bétons selon des performances mécaniques reste un

repère bien ancré dans l'esprit des utilisateurs (exemple des classes de résistance des bétons

selon la valeur de la résistance en compression à 28 jours, des bétons dits « à la résistance »).

Aussi convient-il de savoir qu'en général, toutes choses égales par ailleurs, les

performances mécaniques des bétons de sable sont inférieures à celles de bétons

traditionnels.


2007


En particulier, la cinétique de montée en résistance est en général plus lente pour les

bétons de sable, ce qui peut limiter leur usage pour des bétons mis en charge précocement.

Mais ces freins à l'utilisation des bétons de sable ne sont, souvent que

psychologiques puisque :

Il est relativement aisé d'obtenir des bétons de sable à hautes performances

mécaniques, même aux jeunes âges, d'une part;

La vocation des bétons de sable n'est pas de substituer à des bétons mécaniquement

performant, mais d'être une nouvelle source de béton de qualité (qualité appréciée au sens

large et non selon la seule résistance en compression à 28 jours), d’autre part.

IIII..33..22// AAuuttrreess ppeerrffoorrmmaanncceess

Les caracteristiques susceptibles de limiter certains emplois des bétons de sable sont

essentiellement :

Le retrait : les valeurs de retrait sont très sensibles à la formulation des bétons de

sable : quand le retrait est préjudiciable, il convient de prendre des précautions avec certains

sables et fillers. Des ajouts de fibres peuvent être fort utiles, surtout aux jeunes âges;

Le fluage : ici aussi la composition est très influente et pour certains usages, comme

le béton précontraint, n'importe quel béton de sable, même avec de bonnes résistances

mécaniques, ne convient pas forcément.

IIII..33..44// LLeess ccooûûttss

• Coût de production

Dans les régions présentant conjointement des excédents de sable un déficit en

granulats de gros diamètre zone sud de Madagascar, le béton de sable est particulièrement

favorisé.

Ce n'est pas le cas ailleurs, où le besoin en filler et adjuvant des bétons de sable les

rend souvent plus onéreux que les bétons traditionnels.

On peut imaginer qu'une vulgarisation de la technique, liée à une utilisation massive,

rendraient le coût de production des bétons de sable beaucoup plus compétitif.


2007


• Coût global

Ce coût inclut au prix d'achat du matériau, le prix de sa mise en œuvre. Et là, le béton

de sable, par ses propriétés rhéologiques, se révèle particulièrement avantageux et procure

des gains substantiels de productivité de chantier. (Vitesse et facilité d'exécution, réductions

en personnel et matériels, diminution des nuisances, longueurs de pompage accrues,

réduction des quantités de béton nécessaires, etc.).

C'est à l'utilisateur de faire une approche globale de son prix de revient. On a pu se

rendre compte qu'un béton de sable plus cher à l'achat génère souvent un produit fini

meilleur marché.

• Coût de la spécificité

Dans le cout fourniture d'un béton de sable est inclus le cout de ses propriétés

spécifiques. Si ce cout est supérieur à celui d'un béton traditionnel, le surcout correspond au

cout de la spécificité et, bien souvent, il traduit le coût de la qualité.

Comment évaluer :

La garantie :

• d'un bon remplissage de moules et de cavités

• d’un bon enrobage des aciers en toutes circonstances.

De l’absence de ségrégation ou de délavage ?

L’esthétique d’un parement ?

La finesse de définition d’une arête ?

Les quelques d’écart sur le prix de la fourniture d’un mètre cube de béton?

Conclusion générale béton de sable

2007


CONCLUSION GENERALE

CCOONNCCLLUUSSIIOONN GGEENNEERRAALLEE

Conclusion générale béton de sable

2007


Le béton de sable dérive du béton traditionnel et présente, ainsi, les mêmes constituants

que ce dernier . Ayant connu ses propriétés, on peut l’utiliser dans un large domaine de génie civil

à l’instar des fondations, bâtiments, voiries et ouvrages d’art.

Pour établir les propriétés essentielles, le béton de sable doit subir plusieurs contrôles, à

savoir le contrôle de qualité des constituants, contrôle des matériels de confection des bétons,

contrôle de béton fini, contrôle de béton durci et plusieurs essais tels que l’essai de durabilité.

Les méthodes de formulation comprend quatre étapes : le recueil de données, la

formulation, le test en laboratoire et les modifications. Après avoir effectués plusieurs essais, on a

constaté que les résultats théoriques décalent des résultats expérimentaux. Le présent mémoire

donne une méthode pour dresser des abaques, chaques fois qu’on a un nouveau

approvisionnement ou que l’on change de matières premières, pour une utilisation ulterieur

optimale de ces derniers dans la fabrication de béton de sable et pour leurs applications sur

chantier.

Les bétons de sable sont dotés de nombreux avantages. En effet, ils autorisent des

ouvrabilités supérieures à celle d'un béton traditionnel. Ils présentent également une bonne

cohésion et homogenéité avec un aspect de qualité. Grâce à leurs propriétés ils trouvent des

applications privilégiées dont les bétons non vibrés, la projection et les travaux en immersion.

Pourtant, il ne dispose pas que des atoutsn mais connait également des limites. Citons les

limites inhérentes à la nouveauté, les contraintes de formulation, les retraits et les fluages. Le

choix du béton de sable resterait donc le résultat d’un compromis entre les facteurs économiques

et techniques.

Bibliographie béton de sable

2007


BBIIBBLLIIOOGGRRAAPPHHIIEE [1] BARON J Introduction à la durabilité des bétons, Paris, presse de ENPC, chap.pages 23-

40, (1992)

[2] Eric FAUTEUX – Stéphane FORTIN, Le béton de sable appliqué aux chaussées

routière, (2002)

[3] G CHANVILLARD la formulation des bétons de sable par une approche de compacité

optimale- Rapport de recherche-développement, projet national SABLOCRETE-ENTPE

1994

[4] Gabriely RANAIVONIARIVO, Contribution à létude de l’élaboration de ciment à haute

résistance à Madagascar Thèse de doctorat , (2005)

[5] Gabriely RANAIVONIARIVO; cours DEA «Liants mineraux» (2006)

[6] Gérard GLUAIS- Jean Paul BRU, Bulletin de liaison LCPC n°183 (janv-fév1993)

confortement d’une digue en enrochement par injection de béton de sable

[7] Gilles CHANVILLARD,methode de formulation des béton de sable à maniabilité et

résistance fixées, Bulletin des laboratoires des PONT et CHAUSSEES sept-oct (1996)

pages 49-63

[8] GUIDE TECHNIQUE.chapitre 3 Conception des chaussée en béton.élément pour le projet

pages : 29-46

[9] H BILLHOUET (1994), béton de sable – Caractéristiques et pratiques d’utilisation

[10] Jean-Jacques CHAUVIN – Gilbert GRIMALDI, Bulletin LCPC n°157 (Sept-oct 1988),

Les bétons de sable

[11] J-J CHAUVIN Béton de sable : proche de la formulation – Séminaire Franco-Soviétique

sur lee bétons de sable, SABLOCRETE, Bordeaux 1991

[12] Kim K-H Jeon S-E, Kim J-K Yang S, An experimental study on thermal conductivity of

concrete. Cement Concrete Res 2003 pages 363-371

[13] M.Bederina, L Marmoret, K Mezreb, M Quéneudec, Construction and

building MATERIALS 21pages 662-668 (2007)

[14] Pirre CHARON, Calcul et verification des ouvrages en béton armé (1983)

[15] Pirre CHARON, Calcul des ouvrages en béton armé suivant les règles BAEL 83 (1986)

[16] VALETTE, Manuel de composition(1964)

Bibliographie béton de sable

2007


[17] Wwwbétondefrance.com(2003),constituants du béton

Annexes béton de sable

2007

DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx i

ANNEXES

AANNNNEEXXEESS


2007

DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx i

ANNEXE : I

La resistance au délavage du béton de sable

Mesure du délavage en laboratoire

La methode consiste, schématiquement, à mesurer la perte de masse d’une échantillon de

béton frais, installé dans une nacelle perforée, après son passage en chute libre dans une colonne

d'eau de 1,70 m de hauteur et égouttage.

Le délavage s'exprime, selon cette méthode, en % et correspond à :

Toutes les formules sont dosées à 350kg/m3 de ciment et contiennent leurs additions des

filler calcaire telle que la proportion totale en éléments fines contiennent de fillers sont constantes

et égale à 21%

Essais sur bétons non adjuvantés

La réponse au delavage différente entre les bétons traditionnels (équart 10%) et les bétons

de sable 0/5 (4% perte) sont le mieux au délavage.

Esssais sur béton adjuvantés

Essai de perte de masse entre bétons traditionnels (3 et 0.9% de perte) et béton de sable

(0.2 % de perte) est moindre par rapport à l’essai precedent mais avantage le béton de sable qui ne

peut quasiment perte de fines quand il est adjuvanté.

Les differences de pertes de masse, moindre et favorable pour le béton de sable dépendent

essentiellement de la granulat se délavant plus que les bétons de sables, de classe spécifique plus

élevée, de texture plus fine et pplus compacte

Examen visuel

Cet examen rendu poossible par la transparence de la paroi du cylindre lors lequel est

effectuée la chute des divers échantillons de bétons confirme le moindre délavage des bétons de

sable. Avec lesquels l’eau se semble moins lors de la chute

Conclusion

Ces experiences confirment que le béton de sable , adjuvanté ou non resiste mieux au

délavage que des bétons traditionnels , ce qui en fait un matériau particulièrement adapté aux

travaux de bétonnage en milieu aquatique.


2007

DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx ii

Un béton de sable ayant une résistance en compression de 24 à 30 MPa a généralement un

module d'élasticité de «.idre de 22 000 MPa (à 28 j).

ANNEXE : II

Detail de calcul de dimensionnement de structure en béton armées continue (BAC) fondation en béton de sable pour un trafic lourd de classe T1( éxemple 1)

1- Les données :

o Chaussée 2 x 2 voies, dimensionnement à effectuer pour la voie lente (constante

de dimensionnement pour chaussée a 2x2 voix m=90)

o Trafic de classe T1 : Moyenne journalière annuelle (MJA)=475 poids lourds :

o Taux de croissement géométrique : =7% par an;

o Durée de service : p=20 ans;

o Plate- forme support de classe PF2 : Module d’élasticité E= 50 000MPa et

coefficient de poison =0,35 :

o Type de structure retenue : béton de sable armé continu (BSAC) sur fondation en

béton de sable (BS)

o Caractéristiques mécaniques des bétons :

- BSAC : classe de matériau 5

- BS : classe de matériau 2

En l’absence d’éssais mécaniques sur les bétons au niveau de l’avant projet, leurs

caractéristiques mécaniques sont fixées par le Tableau n° V.7.3 (page :XI) du guide technique

LCPC-SETRA, fournissant les valeurs de reference des paramètres de calcul pour les bétons

conformes à la norme. Le coefficient de Poisson des deux types de béton est pris égale à 0,25 Tableau -a Valeurs de référence des paramètres de calcul d'après le Guide technique LCPC-SETRA. Type de matériau

béton

Classe de

matériau

ft(MPa) résistance en fendage

à 28j

(MPa) A 360j

(=0,65ft)

-1/b: pente de la

droite de fatigue

SN (logN) écart type

E(MPa) Module

elastique

BAC 5 3,3 2,15 16 1 30 000

BS 2 2,1 1,37 14 1 20 000


2007

DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx iii

2- Calcul du nombre d'essieux équivalents NE

Le coefficient d’agressivité moyen est fixé à le coefficient d’agressivité moyenne des poids

lourd (CAM) = 1 par le Guide technique LCPC SETRA

3- Calcul des contraintes admissibles

Le calcul des contraintes de traction admissibles (NE) pour les deux couches de

béton est précisé dans le Tableau -b ci-dessous. Ce calcul fait intervenir divers coefficients dont

les valeurs sont également fixées par le guide technique LCPC-SETRA pour chaque type de

béton :

Tableau -b Exemple de calcul n° 1, calcul des contraintes admissibles.

Béton armé

continu (BAC)

Béton de sable (BS)

1,88 MPa 1,88 MPa

Risque r 5 % 50 % Fractile associe à r -1,645 0

1,050 1,306

0,78 1

1 / 1,10 1 1 1 / 1,10 0,75 1

1,50 1,40

1,50 MPa 1,50 MPa

Avec :

b : pente de la courbure de la fatigue

Sh : épaisseur de la chaussée


2007

DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx iv

kr : coefficient de risque

kd : coefficient de discontinuité

ks : coefficient de portance

kt : coefficient de thérmique

kc : coefficient de calage

: contrainte de traction au déformation admissible preponderant

: contrainte de traction au déformation preponderant

: dispersion sur la fatigue

4- Choix des épaisseurs

La modélisation de la structure est réalisée avec le programme Alizé du LCPC page :XI .

L’interface BSAC/BS est prise non glissante dans les calculs, alors que l’interface B/S support est

prise colée

La charge de calcul est le demi essieu simple à roues jumelées de 130 KN, representé par

deux cercles de rayon 0,125m, entre axe 0,375m. chargés par la pression verticale uniforme

0,662MPa

Le Tableau n°c rassemble les principaux résultats de calcul. Pour chaque hauteur de béton

de sable Hbs entre 15 cm et 18 cm. La hauteur de BSAC Hbac associée est celle pour laquelle la

contrainte de traction maximale à la base du BSAC est égale à la contrainte admissible

(NE)=1,50MPa. Le Tableau -c fournit de plus les valeurs correspondantes de la contrainte de

traction maximale à la base du béton de sable, et de la déformation maximale dans le

support. Tableau n°c Exemple de calculs n" 1, résultats du modèle Alizé.

Hbsac (cm)

Hbs (cm)

(MPa)

21,5 15 0,607 148 21 16 0,645 150 20 17 0,703 156

19 18 0,772 163

Les valeurs de restent bien inférieures à la limite t(NE) = 1,50 MPa. La condition de

non-dépassement de la contrainte admissible dans le béton de sable apparaît donc non

déterminante pour le dimensionnement. Les spécifications d'épaisseur minimale pour les T1-PF2

imposent pour cette couche de fondation Hbs 15 cm.


2007

DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx v

Pour la couche de base en BAC, les spécifications d’épaisseurs minimales imposent :

Hbac 20 cm.

Les couples d'épaisseurs 21.5BSAC/15BS, 21BSAC/16BS el 20BSAC/17BS sont donc des

solutions possibles. Le coût du béton de sable en fonction est certainement moindre que le coût du

béton BSAC de la courbe de base; la structure optimale finalement proposée est la suivante :

o BSAC en couche de base : 20 cm,

o BS en couche de fondation : 17 cm.

D’après nos essais, on peut prendre comme compositions de ces bétons les composantes

suivantes :

(pour un mètre cube de béton) Pour BSAC en couche de base :les essais qui ont une perfomance mécaniques conforme à

cette couche de base sont : o ESR1SA3, ESCSA1


- RC28 45MPa

Pour BS en couche de fondation:

o ESR1C1, ESR1C2, ESR1C3,

o ESR2C1, ESR2CA3,

o ESCC1, ESCC2, ESCC3, ESCCA5, ESCS4 ESCS1,

o ESDC1, ESDC2, ESDC3, ESDS1


- RC28 20MPa

On vérifie enfin que la déformation verticale maximale dans le support =156 déf. Reste

inférieure à la valeur admissible = = 349 déf.

La détermination des armatures longitudinales du BSAC et des leur liaison devra

compléter le dimensionnement qui précède. Les valeurs numériques des coefficients nécessaires à

la définition de ces actes sont celles détaillées dans le Guide technique LCPC SETRA et ne

donnent lieu à aucun changement. Il en est de même pour l’ensemble des dispositions particulières

telles que celles relatives aux joints transversaux et longitudinaux, aux surlargeurs, aux profils en

travers, etc.


2007

DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx vi

ANNEXE : III

Detail de calcul de dimensionnement Chaussée de type dalles minces en béton de sable sur fondation en sable ciment

1- Les données :

Les données pour ce second exemple de dimensionnement sont les suivantes :

o chaussée à 2 voies, de largeur 5,85 m (m = 1,50);

o Trafic de classe T4 : MJA = 35 poids lourds;

o Taux de croissance géométrique : t = 4 % par an;

o Durée de service : p = 25 ans;

o Plate-forme support de classe PF2 : E = 50MPa et v = 0,35;

o Type de structure retenue : dalles minces en béton de sable (BS) sur définition en

sable ciment (SC) :

o Caractéristiques mécaniques des matériaux :

- BS : Classe de matériaux 3;

- SC : classe de matériaux 4.

En l’absence d'essais mécaniques au moment de l'étude, les caractéristiques mécaniques

sont fixées par le Guide technique LCPC-SETRA. Le coefficient de Poisson des deux matériaux

est pris égal à 0,25.

Tableau -d Exemple de calcul n° 2, valeurs de référence des paramètres de calcul d'après

le Guide technique LCPC-SETRA.

Type de matériau

béton

Classe de

matériau

(MPa) A 360j

(=0,65ft)

-1/b :pente de la droite de fatigue

SN (logN) écart type

E(MPa) Module

elastique BS 3 1,63 15 1 24 000

SC 4 0,50 12 0,8 12 000

2- Calcul du nombre d'essieux équivalents NE

Le coefficient d'agressivité moyen est fixé à CAM = 0,5 par le guide LCPC-SETRA.


2007

DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx vii

3- Calcul des contraintes admissibles

Le calcul des contraintes admissibles dans le béton de sable et ciment utilisé les valeurs

numériques fixées par le guide technique LCPC – SETRA pour les divers coefficients intervenant

dans l’expression de Tableau -e Exemple de calcul n° 2, calcul des contraintes admissibles

Béton armé continu (BAC) Béton de sable (BS)

1,73 MPa 0,54 MPa

Risque r 15 % 30 % Fractile u associe à r -1,036 0,524

1,044 1,000

0,85 0.90

1 / 1,35 1 1 1 / 1,10 0,75 1

1,40 1,50

1,14 MPa 0,66 MPa

4- Choix des épaisseurs

La charge de calcul est le demi-essieu simple à roues jumelées 130KN.

Pour chaque couple de valeurs Hbs/Hac. L’une au moins des contraintes de traction

atteint la veur admissible du matèriau l’autre est inférieur ou égale à la contrainte admissible de

l’autre materiau. Le Tableau-f fournit de plus la valeur correspondante de la déformation

maximale dans le support.


2007

DD..EE..AA SScciieenncceess ddeess mmaatteerriiaauuxx viii

Tableau -f Exemple de calcul n°2, résultats du modèle Alizé

Hbs (cm)

Hsc (cm)

(MPa)

(MPa)

24,5 18 1,14 0,41 148 24 19 1,14 0,43 151

23,7 20 1,14 0,46 154 22,3 21 1,14 0,50 161 21,7 22 1,14 0,51 162 21 23 1,14 0,55 168 20 24 1,14 0,58 172

18,7 25 1,14 0,61 176 17,5 26 1,14 0,66 182 16 28,5 1,06 0,66 175 15 30 1,02 0,66 170

L'épaisseur minimale de mise en œuvre du béton de sable est fixée à 15cm, et celle du

sable ciment à 18 cm. On vérifie que pour les différents couples de valeurs Hbs/Hsc, la

déformation verticale maximale dans le support reste inférieure à la valeur admissible :

L'ensemble des couples de valeurs Hbs/Hsc du Tableau n° VI (page :XI) définissent donc

autant de solutions de dimensionnement techniquement possibles, vis-à-vis de l'endommagement

par fatigue des différents matériaux et du sol support.

Le choix final de la structure reposera en pratique sur des comparaisons économiques entre

ces différentes solutions, à partir des coûts de mise en œuvre des différents matériaux et de

sujétions éventuelles liées au contexte du projet (par exemple : non dépassement d'une valeur

maximale d'épaisseur de structure). D’après nos essai, pour le béton de sable en couche de base, on peut utiliser :

o ESR1C2, ESR1CA4,

o ESR2CA1, ESR2CA2, ESR2S3, ESR2SA4,

o ESCCA4, ESCCA4, ESCS4, ESCS1,

o ESDCA3, ESDS3 , ESDSA4


- RC28 25MPa

Table des matières béton de sable

2007


TTaabbllee ddeess mmaattiièèrreess

REMERCIEMENT

SOMMAIRE LISTE DES TABLEAUX LISTE DES FIGURES LISTE DES ABREVIATIONS 2IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN GGEENNEERRAALLEE ............................................................................................................ i

Partie : I ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE ..............................................................................................3

IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN ................................................................................................................................2

A – QUELQUES NOTIONS SUR LE BETON ..................................................................................3

CHAPITRE I / GENERALITES...............................................................................................................3

II // DDééffiinniittiioonn.....................................................................................................................................3

IIII // HHiissttoorriiqquuee ..................................................................................................................................3

IIIIII // LLeess ccoonnssttiittuuaannttss dduu bbééttoonn ........................................................................................................4

III – 1 / Liants .................................................................................................................................4

III-1-1/ Les ciments...................................................................................................................5

III-1-2/ Le liant équivalent .....................................................................................................9

III-1-3/ Propriétés...................................................................................................................10

III-2/ Granulats..............................................................................................................................10

III-2-1/ Définition.....................................................................................................................10

III-2-2/ Classifications ............................................................................................................10

III-2-3/ Propriétés....................................................................................................................11

III-2-4/ Sables..........................................................................................................................12

III-2-5/ Pierrailles .....................................................................................................................12

III-3 / Eau......................................................................................................................................12

III-4/ Les adjuvants........................................................................................................................13

III-4-1/ Définition.....................................................................................................................13

III-4-2/ Fonctions des adjuvants ..........................................................................................13

III 4-3/ Les différents types d'adjuvants..............................................................................14

III-4-4 / Les principaux adjuvants ........................................................................................15


2007


III-4-5 / Utilisations ..................................................................................................................16

CHAPITRE II / LES DIFFERENTES CARACTERISTIQUES DU BETON................................................17

II // CCaarraaccttéérriissttiiqquueess pphhyyssiiqquueess .......................................................................................................17

I-1 / Masse volumique ...................................................................................................................17

I-2 / Coefficient de dilatation .........................................................................................................17

I-3 / Les retraits .............................................................................................................................17

I-3-1 / Retrait hygrométrique..............................................................................................17

I-3-2/ Retrait sous charge ou fluage ..................................................................................18

IIII // LLeess ccaarraaccttéérriissttiiqquueess mmééccaanniiqquueess .............................................................................................18

II-1/ Résistance à la compression Rc ..............................................................................................18

II-1-1/ Formule de Féret........................................................................................................19

II-1-2 / Formule de Bolomey ................................................................................................20

II-1-3/ Facteurs influant la résistance du béton ...............................................................20

II-2 / Résistance à la traction Rt ......................................................................................................22

IIIIII// AAuuttrreess ccaarraaccttéérriissttiiqquueess ............................................................................................................23

III-1/ La consistance - ouvrabilité...................................................................................................23

III-2 / La compacité .......................................................................................................................23

III-3/ Influence de la dimension des granulats .................................................................................23

III-4/ Effet de paroi........................................................................................................................24

III-5/ Effet de « poisson » ..............................................................................................................25

III-6 / Le ressuage..........................................................................................................................25

III-7 / Corrosion du béton ..............................................................................................................25

III-7-1/ Gonflement dû au sulfate .......................................................................................25

III-7-2/ Alcalis-réaction..........................................................................................................25

III-7-3/ Carbonatation ..........................................................................................................26

CHAPITRE III / DIFFERENTS TYPES DE BETONS ET UTILISATIONS - ADDITIFS.................................27

II// DDiifffféérreennttss ttyyppeess ddee bbééttoonnss .........................................................................................................27

I-1/ Le béton non armé..................................................................................................................27

I-2/ Le béton armé .........................................................................................................................27

I-3 / Bétons précontraints ...............................................................................................................28

IIII// AAddddiittiiffss .....................................................................................................................................29

II-l / Définition ..............................................................................................................................29

II-2/ Différents types d'additifs.......................................................................................................29


2007


II-2-1/ Correcteurs granulaires ............................................................................................29

II-2-2/ Les fibres ......................................................................................................................30

II-2-3/ Les colorants ...............................................................................................................30

CHAPITRE IV / FORMULATION DU BETON .................................................................................31

II// PPrriinncciippee ddee ffoorrmmuullaattiioonn .............................................................................................................31

I-1/ Démarche à suivre...................................................................................................................31

I-2/ Recueil des données ................................................................................................................31

I-3/ Formulation ............................................................................................................................31

I-4/ Test en laboratoire..................................................................................................................32

I-5/ Modifications.........................................................................................................................32

IIII// EExxeemmppllee ddee ffoorrmmuullaattiioonn dduu bbééttoonn :: MMEETTHHOODDEE DDEE DDRREEUUXX GGOORRIISSSSEE ................................32

II-1/ Données de base ....................................................................................................................32

II-1-1/ Nature de l'ouvrage..................................................................................................32

II-1-2 / Résistance désirée....................................................................................................33

II-1-3/ Consistance désirée..................................................................................................33

II-2/ Formulation ...........................................................................................................................33

II-2-1/ Dosage en ciment.....................................................................................................33

II-2-2/ Dosage en eau ..........................................................................................................35

II-2-3 / Dosage des granulats..............................................................................................36

B / BÉTON DE SABLE .................................................................................................................41

CHAPITRE V / GENERALITES ...........................................................................................................41

II// DDééffiinniittiioonn eett ssppéécciiffiiccaattiioonnss .......................................................................................................41

I-1 / Définition ..............................................................................................................................41

I-2 / Spécifications du béton de sable..............................................................................................41

IIII// HHiissttoorriiqquuee .................................................................................................................................42

IIIIII// CCoommppoossiittiioonn dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee ..............................................................................................43

III-1/ Sables ..................................................................................................................................43

III-2/ Les fines d’ajout (ou additions) .............................................................................................44

III-3/ Les ciments ..........................................................................................................................45

III-4/ L’eau....................................................................................................................................45

III-5/ Adjuvants .............................................................................................................................46

III-6/ Autres ajouts ........................................................................................................................47

III-6-1/ Les fibres .....................................................................................................................47


2007


III-6 -2/ Les gravillons .............................................................................................................47

III-6 -3/ Les colorants .............................................................................................................48

IIVV// PPrroopprriieettééss eesssseennttiieelllleess dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee ...............................................................................48

IV-1/ Propriétés générales..............................................................................................................48

IV-1-1/ Granulométrie / maniabilité...................................................................................48

IV-1-2/ Propriétés specifiques .............................................................................................51

HAPITRE VI / PREPARATION ET FABRICATION DU BÉTON DE SABLE .......................................58

II// FFaabbrriiccaattiioonn -- TTrraannssppoorrtt .............................................................................................................58

I-1/ Approvisionnement, stockage, manutention .............................................................................58

I-1-1/ Sables............................................................................................................................58

I-1-2/ Ciment adjuvants .......................................................................................................58

I-1-3/ Additions ......................................................................................................................58

I-1-4/ Eau ................................................................................................................................59

I-2/ Dosage des constituants...........................................................................................................59

I-3/ Malaxage ................................................................................................................................59

I-3-1/ Durée du malaxage...................................................................................................59

I-3-2/ Ségrégation .................................................................................................................60

I-3-3/ Modalités de malaxage............................................................................................60

I-4/ Transport Pompage ................................................................................................................60

I-4-1/ Transport.......................................................................................................................60

I-4-2/ Pompage.....................................................................................................................61

IIII// MMiissee eenn ooeeuuvvrree ..........................................................................................................................61

II-1/ Préparation des coffrages.......................................................................................................61

II-2/ Vibration - Surfaçage ............................................................................................................61

II-3/ Joints de reprise ....................................................................................................................62

II-4/ Parement ..............................................................................................................................62

IIIIII// CCoonnttrrôôlleess..................................................................................................................................63

III-1/ Généralités .........................................................................................................................63

III-1-1/ Préambule.................................................................................................................63

III-1-2/ Types d’essais ...........................................................................................................63

III-2/ Contrôles avant durcissement du béton ................................................................................64

III.2.1/ Constituants...............................................................................................................64

III.2.2/ Dosage des constituants ........................................................................................64


2007


III.2.3/ Contrôles des bétons frais.......................................................................................64

III.3/ Contrôles sur béton durci.......................................................................................................65

III.3.1/ Types d'éprouvettes.................................................................................................65

III.3.2/ Fréquence d'essais...................................................................................................66

III.4/ Autres essais sur bétons.........................................................................................................66

III.4.1/ Essais non destructifs ................................................................................................66

III.4.2/ Déformations.............................................................................................................67

III.4.3/ Adhérence ................................................................................................................67

III.4.4/ Autres essais ..............................................................................................................67

III.5/ Essais de durabilité ...............................................................................................................67

III.5.1/ Environnements ........................................................................................................67

III.5.2/ Porosité, perméabilité, capillarité..........................................................................68

III.5.3/ Corrosion, carbonatation .......................................................................................68

III.5.4/ Alcali-réaction ..........................................................................................................68

IIVV// FFoorrmmuullaattiioonn eett eessssaaii ((RRééff :: NNFF PP 1188 550000)).................................................................................68

III.5/ Formulation ..........................................................................................................................68

III.5/ Essais ...................................................................................................................................69

VV// PPrroopprriiééttééss ddeess bbééttoonnss ddee ssaabblleess eett mméétthhooddeess ddee vvéérriiffiiccaattiioonnss ...............................................69

CHAPITRE VII / PRATIQUES D’UTILISATION DES BETONS DE SABLE..........................................70

II// IInnttrroodduuccttiioonn...............................................................................................................................70

IIII// FFoonnddaattiioonn ..................................................................................................................................70

II.1/ Fondations superficielles .......................................................................................................70

II.2/ Fondations profondes ............................................................................................................71

II.2.1/ Généralités ..................................................................................................................71

II.2.2/ Caractéristiques des bétons de pieu pour répondre aux contraintes d’exécution ...........................................................................................................................71

II.2.3/ Technique de mise en œuvre..................................................................................72

II.2.4/ Cas particulier des pieux moulés exécutés à la tarière creuse continue........72

IIIIII// LLee bbééttoonn ddee ssaabbllee eenn bbââttiimmeenntt.................................................................................................73

III.1. / Eléments peu ou non porteurs ..............................................................................................73

III.1.1/ Blocs pleins ou creux.................................................................................................73

III.1.2/ Bandeaux Corniches Acrotères..............................................................................73


2007


III.2. / Éléments de structures porteurs............................................................................................73

III.2.1/ Poutres.........................................................................................................................73

III.2.2/ prédalles précontraintes..........................................................................................74

III.2.3/ Fonds de moules .......................................................................................................74

III.3/ Eléments horizontaux ............................................................................................................74

IIVV // LLee bbééttoonn ddee ssaabbllee eenn vvooiirriiee.....................................................................................................76

IV.1. / Généralités .........................................................................................................................76

IV.2. / Domaine d’application des bétons de sable ..........................................................................76

IV.3. / Caracteristiques demandées aux bétons de sable de voirie.....................................................77

IV.4. / Applications chaussées en béton –dimensionnement.............................................................78

IV.4.1/ Chaussées à fort trafic : TO et Tl.............................................................................78

IV.4.2 / Chaussées à trafic moyen : T3+ et T2 ................................................................79

IV.4.3/ Chaussées à faible trafic: T6, T5, T4, T3 et pistes cyclables ...............................80

IV.4.4 / Dimensionnement des chaussées en béton de sable .....................................81

IV.5 / Application dallages industriels ..........................................................................................82

IV.6 / Application équipements de voirie éxtrudés ........................................................................82

IV.7 / Bétons de sable compactés pour chaussées ..........................................................................82

VVII// OOuuvvrraaggeess dd’’aarrtt........................................................................................................................83

VI.1/ Destinations et exigences pour les bétons d'ouvrages d'art .....................................................83

VI.2.1/ Fondations ................................................................................................................83

VI.2.2/ Appuis........................................................................................................................83

VI.2.3/ Tabliers.......................................................................................................................83

VVIIII// AAcccceessssooiirree ddee vvooiirriiee eett rreesseeaauuxx ddiivveerrss...............................................................................83

IV.1/ Conduites d’assainissement regards ......................................................................................83

IV.1.1/ Fabrication ...............................................................................................................84

IV.1.2/ Caractéristiques des produits................................................................................84

CCOONNCCLLUUSSIIOONN...................................................................................................................................85

Partie : II ETUDE EXPERIMENTALE - APPLICATIONS ...............................................................86

IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN ..............................................................................................................................86

CHAPITRE VIII / DESCRIPTION ET CARACTERISATION DES ESSAIS ..................................87

II // MMeetthhooddeess eexxppeerriimmeennttaalleess .........................................................................................................87

I.1/ Caracteristiques physiques ......................................................................................................87


2007


I.1.1/ Teneur en eau naturelle ...........................................................................................87

I.1.2/ Densités........................................................................................................................87

I.1.3/ Granulométrie ............................................................................................................88

I.1.4/ Equivalent de sable...................................................................................................88

I.1.5/ Surface spécifique....................................................................................................89

I.1.6/ Retrait ...........................................................................................................................89

I.2/ Caracteristiques mecaniques ...................................................................................................89

I.3 / Essai sur béton .......................................................................................................................89

I.3.1/ Essai sur béton frais ....................................................................................................89

I.3.2/ Essai sur béton durcis.................................................................................................90

IIII // CCaarraacctteerriissttiiqquueess ddeess mmaattiièèrreess pprreemmiièèrreess ................................................................................91

II.1/ Sables ...................................................................................................................................91

II.1.1/ Propriétés du sable de rivière 1 ..............................................................................91

II.1.2/ Propriétés du sable de rivière 2 ..............................................................................92

II.1.3/ Propriétés du sable de carrière ..............................................................................93

II.1.4/ Propriétés du sable de dunes .................................................................................94

II.2/ Ciments ................................................................................................................................95

II.3/ Eau .......................................................................................................................................96

II.4/ Les fillers..............................................................................................................................97

II.5/ Adjuvants .............................................................................................................................97

CHAPITRE IX / METHODES DE FORMULATION DES BÉTONS DE SABLE .............................98

IInnttrroodduuccttiioonn ....................................................................................................................................98

II// AApppprroocchhee tthhééoorriiqquuee ddee llaa ffoorrmmuullaattiioonn ddeess bbééttoonnss ddee ssaabbllee ....................................................98

I.1/ La compacité et les méthodes de formulations des bétons..........................................................98

I.2/ Estimation du dosage en fines d'un béton de sable.....................................................................99

I.3/ Porosité et dosage en eau d’un béton de sable .........................................................................101

I.4/ Estimation du dosage en sable................................................................................................103

I.5/ Mesure de la résistance en compression..................................................................................103

IIII// MMéétthhooddee eexxppéérriimmeennttaallee ddee ffoorrmmuullaattiioonn ................................................................................106

II.1/ Présentation générale de la méthode expérimentale................................................................106

II.1.1/ Constituants des bétons de sable........................................................................107

II.1.2/ Les différentes étapes de la formulation ...........................................................107

II.2/ Conduite pratique de la méthode expérimentale .....................................................................107


2007


II.2.1/ Détermination d'une formule de base sans fines d’addition...........................107

II.2.2/ Détermination du dosage en fines d'addition..................................................110

II.2.3/ Adaptation de la maniabilité à la mise en œuvre ..........................................111

II.2.4/ Resistance ...............................................................................................................111

CHAPITRE X / ESSAI DE FABRICATION DE BETON DE SABLE ....................................................112

II // PPaarr llaa mméétthhooddee tthhééoorriiqquuee ddee ffoorrmmuullaattiioonn..............................................................................112

I.1/ Organigramme de la methode de calcul théorique ...................................................................114

I.2/ Présentation du programme de calcul .....................................................................................115

I.3/ Exemples de fabrication avec le sable de rivière 1...................................................................119

I.4/ Résultats des éssais avec la méthode théorique .......................................................................123

I.5/ Representation graphique des résultas ....................................................................................128

I.5.1/ Filler/C en fonction de C .....................................................................................128

I.5.2/ RC28 en fonction de filler/C ....................................................................................130

I.5.3/ RC28 en fonction du dosage en ciment C ..........................................................133

I.5.4/ K en fonction de Filler/C ........................................................................................136

I.5.5/ Les valeurs de Filler/C et C correspondant à la valeur de RC28 maximum ....138

IIII// EEssssaaii eexxppéérriimmeennttaall ddee ffoorrmmuullaattiioonn dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee ..........................................................141

II.1/ Détermination d’une formule de base sans fines d’addition ...................................................142

II.1.1/ Dosage en ciment .................................................................................................142

II.1.2/ Dosage en eau et en vide du béton .................................................................142

II.1. 3/ Détermination du dosage en sable ...................................................................142

II.1. 4/ Réglage de la maniabilité et du rendement de la formule...........................143

II.1. 5/ Détermination du dosage en filler ......................................................................144

IIVV// EExxeemmpplleess ddee ddiimmeennssiioonnnneemmeenntt ddee cchhaauussssééee ......................................................................148

IV.1.1/ Les données : ........................................................................................................149

IV.1/ Exemple : 1 ......................................................................................................................149

IV.1.1/ Données :...............................................................................................................149

IV.1.2/ Résultats .................................................................................................................149

IV.2/ Exemple : 2 ......................................................................................................................151

IV.2.1/ Données................................................................................................................151

IV.2.2/ Résultats .................................................................................................................151

VV// QQuueellqquueess eexxeemmpplleess ddee ccoommppoossiittiioonn dduu bbééttoonn ddee ssaabbllee dd’’aapprrèèss nnooss eessssaaiiss ........................154

V.1./ Poutres ...............................................................................................................................154


2007


V.2/ Pieu type B25 ......................................................................................................................154

V.3/ Eléments peu ou non porteur ................................................................................................155

V.4/ Dallage industrielle ..............................................................................................................155

VVII// RReemmaarrqquuee...............................................................................................................................156

CHAPITRE XI / AVANTAGES ET LIMITE D’EMPLOI DES BETONS DE SABLE .........................157

II // AAvvaannttaaggeess ddeess bbééttoonnss ddee ssaabbllee ..............................................................................................157

I.1/ L'ouvrabilité ..........................................................................................................................157

I.2/ Qualité d'aspect .....................................................................................................................157

I.3/ Homogénéité — Cohésion .....................................................................................................158

I.4/ Les applications privilègiees .................................................................................................158

I.4.1/ Les bétons non vibrés ...............................................................................................158

I.4.2/ La projection..............................................................................................................158

I.4.3/ les travaux en immersion : .......................................................................................158

I.4.4/ La préfabrication d'éléments destinés à rester apparents : .............................159

I.5/ Intérêt économique ................................................................................................................159

I.5.1/ Ressource locale en matière première.................................................................159

I.5.2/ Abaissement de prix de revient .............................................................................160

IIII// LLiimmiitteess dd’’eemmppllooii ....................................................................................................................160

II.1/ Limites inhérentes à la nouveauté..........................................................................................160

II.2/ Contraintes de formulation ...................................................................................................161

II. 3/ Les performances ................................................................................................................161

II.3.1/ Performances, mécaniques...................................................................................161

II.3.2/ Autres performances...............................................................................................162

II.3.4/ Les coûts ....................................................................................................................162

CCOONNCCLLUUSSIIOONN GENERALE …………………………………………………………………………………………………………………162

BBIIBBLLIIOOGGRRAAPPHHIIEE..................................................................................................................................1

AANNNNEEXXEESS ..............................................................................................................................................................................................................................................................................................................

NOM : RAKOTONIAINA

PRENOM : Volasolo

THEME : CONTRUBITION A L’ETUDE DU BETON DE SABLE-

APPLICATIONS

Nombre de pages : 162

Nombre de tableaux : 42

Nombre de figures : 49

RESUME

Le béton de sable fait partie des nouveaux matériaux de génie civil. Il

permet de valoriser des ressources minérales naturelles. Le béton de sable

ouvrable et de bonne résistance mécanique peut être utilisé à l’exemple du béton

traditionnel, si on maitrise les proportions de divers constituants. Des multiples

essais ont permis de déceler les différences entre les résistances théoriques et les

résistances expérimentales. Afin de réduire la marge d’erreur, une correction au

niveau de la constante de prise en compte des fillers a été faite. Le béton de sable

présente plusieurs atouts comme que sa maniabilité et son ouvrabilité. Son

utilisation connaît aussi des limites

ABSTRACT

The sand concrete is among the new materials of civil engineering. It

allows to increase the value of the natural mineral ressources. The workable and

good mechanical resistance sand concrete can be used like the traditional concrete

if the adjustment of constituent proportion is mastered. Several tests allow us to

increase differences between theoretical resistances and experimental resistance. In

order to minimize the margin of error, corrections for the filler constant should be

dealt with. The sand concrete has a number of assets, such as its workability. Its

use also has limits.

Mots clés : Béton de sable, sable, formulation, ouvrabilité, application,

chaussée, utilisation, fabrication

Rapporteur : Professeur RANAIVONIARIVO Gabriely

Adresse : LOT II 46 MA Bis Ampanotokana Antananarivo

Téléphone : 033 12 177 55

CONTRIBUTION A L’ETUDE DU BETON DE SABLE - APPLICATIONS

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