Empilements et porosités des milieux granulaires

Empilements et porosités des milieux granulaires

Etude expérimentale et prévisionnelle des compacités des milieux granulaires

Introduction

Toutes les études de formulation des bétons sont basées sur la recherche en leur sein d’un arrangement maximal des composantes en vue d’offrir au mélange les meilleures performances. La compacité maximale du squelette granulaire joue donc un rôle « clé » sur les propriétés du béton, à l’état frais notamment sur l’ouvrabilité comme à l’état durci particulièrement sur les résistances mécaniques.
Dans ce chapitre, nous faisons une étude comparative de la compacité des mélanges granulaires sur des granulats calcaires concassés, optimisé par voie expérimentale à l’aide d’un banc d’essai réalisé localement au niveau de notre laboratoire et par voie théorique, en se basant sur le concept du modèle d’empilement compressible intégré dans un logiciel nommé « René-LCPC » et développé par F. de Larrard et T. Sedran(sedran, 1999).

Présentation de la carrière

La carrière que nous avons choisie pour l’approvisionnement des granulats est celle de Sidi Abdeli qui appartient à l’Entreprise Nationale des Granulats (ENG). Le choix retenu pour cette étude est dicté par le fait que c’est une grande carrière qui approvisionne principalement la région. Les réserves du gisement s’élèvent à 51125169 tonnes. Compte tenu des pertes d’exploitation (5 %) et des pertes de traitement (10 %), il est possible d’en fabriquer 43456394 tonnes d’agrégats. Donc, les réserves sont suffisantes pour assurer l’alimentation d’un concasseur ayant une capacité annuelle de production de 500 000 tonnes pendant 86,9 ans (Tchemiakine, 1988).

Situation géographique

La carrière est située à Djebel Abiod à 28 km au Nord Est de la ville de Tlemcen et 4 km de la Commune de Sidi Abdelli, Daira de Bensekrane, Wilaya de Tlemcen, sur la roue nationale N°53 dont les coordonnées Lambert sont : X=149450 ; Y=199500 (fig. 3.1).

Aperçu géologique

Le gisement renferme des roches carbonatées appartenant au kimméridgien inférieur au jurassique supérieur. Elles sont d’origine organogène et chimique. Ce gisement est limité par des failles d’Est en Ouest et est coupé par une autre en deux gros blocs oriental et occidental dans les directions Nord-est et Sud-Ouest.
Les roches du gisement plongent vers le Sud-Ouest suivant un azimut de 25° sous 15° à 17° dans le bloc occidental et sous 5 à 7° dans le bloc oriental. La montagne d’Abiod est constituée de Karsts dont la répartition est irrégulière. Les roches les plus Karstifiées se rencontrent à proximité des zones de failles.
Les plus développées et constituant l’assise utile sont :
· les calcaires pelitomorphes gris clairs, massifs, compacts à fines passées de calcite.
· les calcaires dolomitiques et dolomies calcaires grises finement cristallines, massives et dures.
· les dolomies, moins répandues, grises foncées à petites cavités dues au lessivage.
Le tableau (3.1) montre la composition chimique de la roche exploitée dans la carrière.

Identification des granulats

Caractéristiques géométriques

Granularité 

Les granulats utilisés sont des granulats calcaires concassés commercialisés en tant que classes granulaires : sable 0/4 et gravillons de classes 4/8, 8/16,16/25.
Les échantillons ont été préparés suivant les prescriptions de la norme NA 453 et les analyses granulométriques faites conformément à la norme NA 2607. Les courbes granulométriques des gravillons sont présentées sur la figure (3.2).
La carrière de Djebel Abiod produit un sable avec un module de finesse grossier égal à 2.95 et avec de légères discontinuités (figures 3.2). L’analyse granulométrique a donné, une teneur en fines de 17%.
La norme P 18-541 (Baron et Ollivier, 1996), tenant compte des caractéristiques des gisements, fixe les limites pour le module de finesse de 1.8 à 3.2 et prescrit un module optimum de 2,5.

Forme des granulats : Coefficient d’aplatissement

La forme des granulats est déterminée par l’essai d’aplatissement conformément aux prescriptions de la norme NA 256. Le coefficient d’aplatissement caractérise la forme du granulat à partir de sa plus grande dimension et de son épaisseur. Plus le coefficient d’aplatissement est élevé, plus le granulat contient d’éléments plats. Une mauvaise forme à une incidence sur la maniabilité et favorise la ségrégation.
Les graviers présentent une forme favorable qui répond aux exigences de la norme P18-541

Caractéristiques physiques

Masses volumiques

Les masses volumiques apparentes et absolues des granulats sont déterminées conformément à la norme NA 255. Les granulats ont donné des masses volumiques (apparente et absolue) qui répondent aux spécifications de la norme NF EN 12620. La masse volumique apparente est comprise entre 1300 kg/m3 et 1600 kg/m3 et la masse volumique absolue est comprise entre 2500 kg/m3 et 2700 kg/m3 . Les résultats des masses volumiques obtenus pour les différents granulats, sont récapitulés sur le tableau 3.2.

Propreté des granulats

Les granulats utilisés doivent être propre car la présence des impuretés peuvent perturber l’hydratation du ciment ou entraîner des défauts d’adhérence granulats-pâte, ce qui provoque une incidence sur la résistance du béton. La propreté traduit l’absence d’éléments fins indésirables dans les granulats. Elle désigne essentiellement la teneur en fines argileuses, dont la valeur doit être limitée.
· Essai de propreté des graviers : Les graviers de carrière présentent une propreté satisfaisante puisque, selon les spécifications exigées par la norme P 18-541, le pourcentage d’éléments inférieurs à 0.5 mm doit être inférieur à 3 % dans le cas des granulats concassés.
· Essai d’équivalent de sable : La détermination de la caractéristique « équivalent de sable » faite sur la fraction de granulat passant au tamis à mailles carrées de 5 mm, permet d’avoir une idée globale de la quantité et de la qualité des éléments fins contenus dans cette fraction en exprimant un rapport conventionnel volumétrique entre les éléments dits sableux et les éléments fins (argile, impuretés…). L’équivalent de sable est le rapport multiplié par 100, de la hauteur de la partie sédimentée à la hauteur totale du floculat et de la partie sédimentée et ceci conformément à la norme NA 455.
Pour les sables, le dispositif de contrôle est à double détente. Dans notre cas, les essais d’équivalent de sable ont donnés des résultats conformes à la norme suscitée, de ce fait, l’essai de bleu à la tache (VBta) n’est pas exigé (Baron et Ollivier, 1996).

Caractéristiques mécaniques

Essai Micro-Deval

L’essai permet de déterminer la résistance à l’usure par frottements réciproques des éléments d’un granulat. Cette résistance est caractérisée par le coefficient Micro-Deval qui représente la proportion d’éléments fins produits pendant l’essai. Plus le coefficient n’est faible, plus la résistance à l’usure des graviers est élevée. L’essai ainsi que le calcul du coefficient Micro-Deval ont été effectués conformément à la norme NA 457. Les graviers présentent une bonne résistance à l’usure, sachant que, en fonction des usages, la norme XP P 18-545 exige des valeurs maxima tolérées inférieures à 35 %.

Essai Los Angeles 

La résistance à la fragmentation est déterminée par le coefficient Los Angeles. L’essai consiste à mesurer la quantité d’éléments inférieurs à 1,6 mm produite en soumettant le matériau aux chocs de boulets métalliques normalisés et aux frottements réciproques dans la machine Los Angeles pendant 15 minutes. L’essai ainsi que le calcul du coefficient Los Angeles ont été effectués conformément à la norme NA 458. La carrière Djebel Abiod produit des graviers qui répondent aux exigences de la norme P 18-541 qui exige des valeurs maximales tolérées inférieures à 40 %.
Les résultats de tous les essais réalisés, sur les agrégats, concernant les caractéristiques géométriques et les caractéristiques physiques et mécaniques sont récapitulés sur le tableau 3.2 (Boukli Hacène et Ghomari, 2007).

Table des matières

Résumé
Abstract
Remerciements
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des notations
INTRODUCTION GENERALE
Chapitre 1. Empilements et porosités des milieux granulaires
1.1 Introduction
1.2 L’empilement granulaire dans le béton
1.3 L’empilement des milieux granulaires secs
1.3.1 Empilement de sphères dans un plan (2 dimensions)
1.3.2 Empilement de sphères en 3 dimensions
1.4 Méthodes de mesure de la compacité
1.4.1 Méthode de versement simple
1.4.2 Méthode de Piquage
1.4.3 Méthode de vibration avec compression
1.4.4 Essai de compacité des fractions granulaires à la table à secousses
1.5 Facteurs influant l’empilement granulaire
1.5.1 Effet de la taille et la forme des grains
1.5.2 Effet de la paroi et de desserrement
1.5.3 Effet du mode de mise en place (l’énergie de serrage)
1.5.4 Effet de la ségrégation
1.5.5 Effet de l’étendue granulaire
1.6 Méthodes de formulations
1.6.1 Introduction
1.6.2 Méthodes classiques de formulation des bétons
1.6.3 Méthodes récentes de formulation des bétons
1.7 Conclusion
Chapitre 2. Modèles de prévision de la compacité des milieux granulaires
2.1 Introduction
2.2 Evolution des modèles de prévision de la compacité
2.2.1 Le modèle linéaire de compacité (MLC)
2.2.2 Le modèle d’empilement virtuel
2.2.3 Le modèle de suspension solide (MSS)
2.2.4 Le modèle d’empilement compressible (MEC)
2.3 Intégration du modèle d’empilement compressible dans un logiciel
2.3.1 Logiciel René LCPC
2.3.2 Fonctionnement du logiciel
2.4 Conclusion
Chapitre 3. Etude expérimentale et prévisionnelle des compacités des milieux granulaires
3.1 Introduction
3.2 Présentation de la carrière
3.2.1 Situation géographique
3.2.2 Aperçu géologique
3.3 Identification des granulats
3.3.1 Caractéristiques géométriques
3.3.2 Caractéristiques physiques
3.3.3 Caractéristiques mécaniques
3.4 Programme expérimental
3.5 Présentation de l’essai de compacité (Méthode d’essai n° 61 LCPC)
3.5.1 Appareillage
3.5.2 Mode opératoire
3.5.3 Expression des résultats
3.6 Résultats expérimentaux
3.6.1 Compacité des classes élémentaires
3.6.2 Compacité des mélanges binaires
3.6.3 Compacité des mélanges ternaires
3.6.4 Compacité des mélanges quaternaires
3.7 Comparaison des résultats expérimentaux avec les résultats obtenus par le modèle d’empilement compressible (logiciel René LCPC)
3.8 Conclusion
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES

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