Soutenance mémoire
L’objectif de l’Etat Malgache est de réaliser une évolution rapide et durable du pays. Le développement d’un pays est étroitement lié à la construction des infrastructures de base telles que routes, barrages, école, centre de santé, bâtiment administratif… . Pour atteindre cet objectif, il est donc nécessaire d’installer ces derniers dans les milieux aussi bien ruraux que urbains et que ces ouvrages soient d’une durabilité satisfaisante. La phase d’exécution d’une telle construction fait appel à des matériaux adéquats dont la majeure partie est constituée de béton.
Le gravillon est un constituant essentiel du béton. Certaines régions de Madagascar en disposent en quantité abondante tandis qu’il y a d’autres où la rareté des gros granulats existe. Dans les hautes terres malgaches, des carrières exploitables pour gravillon s’avèrent dans l’état actuel largement suffisants, mais quand on approche vers les régions côtières, on est en présence d’un problème souvent irrésolvable d’insuffisance de gravillon. Des solutions ont été déjà proposées mais celles-ci ne sont pas généralement favorables, soit techniquement, soit économiquement. Pour pallier à ce problème, il nous faut trouver alors d’autres matériaux économiques répondant aux mêmes critères techniques que le béton.
GENERALITES
Définition
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.
Historique
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, en1847, 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 Füller 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.
Les constituants du béton
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 la propriété et la destination du matériau.
Liants
Les liants hydrauliques sont constitués par les ciments et la chaux hydraulique. 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 :
– Les ciments proprement dits ;
– Les ciments équivalents.
Les ciments
Définition
Les ciments sont des liants hydrauliques fabriqués à partir :
– 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 ;
– Du laitier qui est obtenu par refroidissement brusque de la scorie en fusion provenant des hauts fourneaux ;
– De la pouzzolane ou des cendres volantes en provenance des centrales thermiques ;
– Des fillers qui sont obtenus par broyage de roches de qualités convenables et qui, par leur granularité, agissent sur certaines qualités des ciments (maniabilité,…).
Classification
Les principaux ciments, selon la norme NF P 15 301, d’après leur composition, sont les suivants :
a- Le Ciment Portland Artificiel (C.P.A.) qui contient au moins 97 % de clinker, le reste étant du filler
b- Le Ciment Portland Composé (C.P.J.) qui contient au moins 65% de clinker, le reste étant l’un ou plusieurs des constituants énumérés cidessus ;
c- Le Ciment de Haut- Fourneau (C.H.F.), qui contient entre 60 et 75 % de laitier, le reste étant du clinker avec, éventuellement, du filler ;
d- Le Ciment de Laitier au Clinker (C.L.K.), qui contient au moins 80% de laitier, le reste étant du clinker avec, éventuellement, du filler.
Le liant équivalent
Le liant équivalent est constitué de ciment CPA et d’une addition normalisée venant en substitution partielle du ciment (cendre volante, addition calcaire, laitier vitrifier 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 :
– un rapport maximal addition / addition + ciment CPA qui dépend de la nature de l’addition et de la classe de l’environnement ;
– un coefficient K de prise en compte des additions, spécifique à leur nature ;
– le liant équivalent C’est ainsi définit par la relation : C’ = C + K A ;
– La hauteur maximale d’addition prise en compte dans le liant équivalent est fixé par: A / (A+C) ; dans lesquelles C = poids de ciment CPA ; K= coefficient de prise en compte utilisé, A = poids de l’addition utilisée
Propriétés
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 NFP-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 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. Le poids d’un sac de ciment est de 50 kg. Les ciments seuls existant à Madagascar sont le C.P.J.35 et le C.P.A. 45, et on y fabrique les bétons prêts à l’emploi avec le C.P.A.45.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I : APERCU GENERAL SUR LE BETON
CHAPITRE I : GENERALITE
I/ DEFINITION
II/ HISTORIQUE
III/ LES CONSTITUANTS DU BETON
III-1/ Liants
III-1-1/ Les ciments
III-1-2/ Le liant équivalent
III-1-3/ Propriétés
III-2/ Granulats
III-2-1/ Définition
III-2-2/ Classification
III-2-3/ Propriétés
III-2-4/ Sables
III-2-5/ Pierrailles
III-3/ Eau
III-4/ Les adjuvants
III-4-1/ Définition
III-4-2/ Fonction des adjuvants
III-4-3/ Les différents type des adjuvants
III-4-4/ Utilisations
III-4-5/ Les principaux adjuvants
CHAPITRE II / LES CARACTERISTIQUES ET PROPRIETES DU BETON
I/ CARACTERISTIQUES PHYSIQUES
I-1/ Masse volumique
I-2/ Coefficient de dilatation
I-3/ Les retraits
I-3-1/ Retraits hygrométriques
I-3-2/ Retraits sous charge ou fluage
II/ LES CARACTERISTIQUES MECANIQUES
II-1/ Résistance à la compression
II-1-1/ Formule de FERET
II-1-2/ Formule de BOLOMEY
II-1-3/ Facteurs influant la résistance du béton
II-2/ Résistance à la traction
III/ AUTRES CARACTERISTIQUES
III-1/ La consistance ouvrabilité
III-2/ La compacité
III-3/ Influence de la dimension des granulats
III-4/ Effet de paroi
III-5/ Effet de « poisson »
III-6/ Le ressuage
III-7/ Corrosion du béton
CHAPITRE III / DIFFERENT TYPE DU BETON ET LES ADDITIFS
I/ DIFFERENT TYPE DE BETON
I-1/ Le béton non armé
I-2/ Le béton armé
I-3/ Le béton précontraint
II/ LES ADDITIFS
II-1/ Définition
II-2/ Différents types d’additifs
CHAPITRE IV / FORMULATION DU BETON
I/ PRINCIPE DE FORMULATION
I-1/ Démarche à suivre
I-2/ Recueils des données
I-3/ Formulation
I-4/ Test en laboratoire
I-5/ Modification
II/ EXEMPLE DE FORMULATION DU BETON– METHODE DE DREUX GORISSE
II-1/ Données de base
II-1-1/ Nature de l’ouvrage
II-1-2/ Résistance désirée
II-1-3/ Consistance désirée
II-2/ Formulation
II-2-1/ Dosage en ciment
II-2-2/ Dosage en eau
II-2-3/ Dosage des granulats
II-3/ Essai d’étude et de correction
II-3-1/ Résistance insuffisante
II-3-2/ Ouvrabilité insuffisante, ségrégabilité
II-3-3/ Ajustement de la formule au m3
II-4/ Composition volumétrique des bétons courants
CHAPITRE V / BETON DE SABLE
I/ DEFINITION ET SPECIFICATIONS
I-1/ Définition
I-2/ Spécifications du béton de sable
II/ HISTORIQUE
III/ LES MATERIAUX CONSTITUTIFS
III-1/ Le sable
III-1-1/ Caractéristiques et propretés
III-1-2/ Alcali-réaction
III-2/ Le Ciment
III-3/ Addition
III-3-1/ Addition utilisée en substitution partielle du ciment
III-3-2/ Autres additions
III-4/ L’eau
III-5/ Adjuvants
III-6/ Gravillon
III-7/ Autres ajouts
IV/ FORMULATION ET ESSAI
IV-1/ Formulation
IV-2/ Essais
V/ PROPRIETE DU BETON DE SABLE ET METHODE DE VERIFICATION
PARTIE II : ETUDE EXPERIMENTALE
GENERALITES
CHAPITRE I/ METHODES EXPERIMENTALES
I/ CARACTERISTIQUES DES MATIERES PREMIERES
I-1/ Prélèvement d’échantillon de sable
I-1-1/ Définition
I-1-2/ Prélèvements
I-2/ Préparation d’un échantillon pour essai
I-3/ Analyse granulométrique par tamisage
I-4/ Masse volumique
I-5/ Equivalent de sable
I-6/ Essai au bleu de méthylène
I-7/ Mise en évidence de matières organiques par colorimétrie
II/ ESSAI SUR BETON
II-1/ Essai sur béton frais
II-1-1/ Malaxage du béton
II-1-2/ Essai d’affaissement
II-1-3/ Confection et conservation des éprouvettes
II-2/ Essai sur béton durcis
II-2-1/ Surfaçage des éprouvettes
II-2-2/ Essai de compression
CHAPITRE II / ESSAIS EXPERIMENTAUX
I/ CARACTERISATIONDES MATIERES PREMIERES
I-1/ Granulats
I-1-1/ Analyse granulométrique
I-1-2/ Caractéristiques des granulats
I-2/ Caractéristiques du ciment
I-3/ Fine d’ajouts
I-4/ Eau
I-5/ Adjuvants
II/ ESSAI SUR BETON
II-1/ Méthode de formulation
II-2/ Principe d’exécution de l’essai
II-3/ Détermination du béton d’essai
II-4/ Réalisation des essais
II-4-1/ Organigramme de déroulement de l’essai
II-4-2/ Formulation du béton pour un mètre cube
II-4-3/ Détermination de l’humidité
II-4-4/ Détermination de la quantité de matériaux pour essai
II-4-5/ Le malaxage
II-4-6/ Détermination de la consistance
II-4-7/ Confection des éprouvettes
II-4-8/ Marquage des éprouvettes et conservation
II-4-9/ Surfaçage et essai de compression
II-5/ Résultats expérimentaux
II-5-1/ Séries d’essai
II-5-2/ Première série d’essai
II-5-3/ Deuxième série d’essai
II-5-4/ Troisième série d’essai
II-5-5/ Quatrième série d’essai
II-5-6/ Cinquième série d’essai
CHAPITRE III/ANALYSE ET INTERPRETATION DES RESULTATS EXPERIMENTAUX
I/ CARACTERISTIQUES DES MATERIAUX
I-1/ Granulats
I-1-1/ Caractéristiques et propriétés
I-1-2/ Alcali- réaction
I-2/ Le ciment
I-3/ Additions
I-4/ Eau
I-5/ Adjuvant
II/ ESSAI SUR BETON
II-1/ Aperçu général
II-2/ Influence de la température et de l’humidité
II-3/ Effets des caractéristiques du ciment et de son dosage
II-3-1/ Caractéristique du ciment
II-3-2/ Dosage en ciment
II-4/ Conséquence de la qualité de l’eau et de son dosage
II-4-1/ La qualité de l’eau
II-4-2/ Dosage en eau
II-5/ Influence de la nature et caractéristique du sable
II-5-1/ La nature du sable
II-5-2/ Propreté de sable
II-5-3/ Caractéristiques granulaires
II-5-4/ Pouvoir d’absorption d’eau
II-6/ Effet d’introduction des ajouts et d’adjuvant
II-6-1/ Utilisation d’adjuvant
II-6-2/ Utilisation des correcteurs granulaires
II-7/ Valorisation des effets d’introduction des ajouts et d’adjuvant
II-7-1/ Maîtrise de la quantité d’eau
II-7-2/ Action de l’adjuvant
II-7-3/ Variation de la compacité et de la résistance en fonction de la quantité de correcteur
II-8/ Béton de sable chargé
III/ PROPRIETES PARTICULIERES
III-1/Module d’élasticité
III-2/ Résistance aux chocs
III-3/ Cohésion
III-4/ Résistance au délayage
III-5/ Ressuage
III-6/ Adhérence aux armatures
IV/ COMPARAISON ENTRE BETON TRADITIONNEL ET BETON DE SABLE
CHAPITRE IV/ OPTIMISATION DU BETON DE SABLE
I/ BUT
II/ PRINCIPE
III/ ELEMENT IMPORTANT
III-1/ Les caractéristiques des matériaux
III-2/ Propriété des matériaux
IV/ OPTIMISATION DE LA RESISTANCE
V/ OPTIMISATION DE L’OUVRABILITE
VI/ LES CONTRACTION ET DEFORMATIONS
VI-1/ Contraction
VI-2/ Déformation
VII/ DURABILITE
VIII/ RECOMMANDATIONS
CHAPITRE V/ APPLICATIONS DU BETON DE SABLE
I/ POSSIBILITES D’APPLICATION
I-1/ Béton pompable
I-2/ Béton projeté
I-3/Béton à injecter
I-4/ Béton coulé
I-5/Béton prêt à l’emploi
I-6/ Béton préfabriqué
I-7/ Béton moulé dans le sol
I-8/ Béton de fibre
I-9/ Béton cellulaire
II/ APPLICATIONS DIVERSES
II-1/ Béton de sable dans la préfabrication
II-1-1/ Dans le domaine de bâtiment
II-1-2/ Voirie et assainissement
II-1-3/ Ouvrage minier et de travaux publics
II-1-4/ Eléments décoratifs
II-2/ Béton de sable coulé
II-2-1/ Bâtiment
II-2-2/ Voirie
II-2-3/ Ouvrage minier
II-3/ Béton de sable projeté
II-4/ Béton de sable moulé dans le sol
II-5/ Béton injecté
II-6/ Béton cellulaire
II-7/ Béton pompable
III/ INTERETS ET LIMITES DU BETON DE SABLE
III-1/ Intérêts du béton de sable
III-1-1/ Propriétés spécifiques
III-1-2/ Abondance de la matière première
III-1-3/ Intérêts sur le plan économique et environnemental
III-2/ Limite du béton de sable
IV/ UTILISATION DU BETON DE SABLE A MADAGASCAR
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
