Soutenance mémoire
Beaucoup de structures actuelles se caractérisent par la complexité de leur architecture (formes variables et courbures multiples), ainsi que par une forte concentration en armatures, ce qui rend souvent difficile l’utilisation des bétons de plasticité conventionnelle. Afin d’adapter les bétons à ces ouvrages, des recherches ont été menées au cours des années dans le but de développer des formulations de bétons se caractérisant par une haute ouvrabilité, tout en étant stables (ségrégation, ressuage et tassement faibles), avec de bonnes caractéristiques mécaniques et de durabilité. Ces bétons désignent des bétons très fluides, homogènes et stables, mis en place sans vibrations. Leur compaction s’effectue par le seul effet gravitaire. Ils confèrent à la structure une qualité au moins équivalente à celle correspondant aux bétons classiques mis en œuvre par vibration d’où le qualificatif d’autoplaçant ou d’auto nivelant. On parle de béton autonivelant (BAN) pour les dalles et toutes les parois horizontales et de béton autoplaçant (BAP) pour les murs et toutes les parois verticales.
Le béton autoplaçant (BAP) permet de remplir des coffrages complexes où la densité en ferraillage est importante. Pour cela, les BAP doivent avoir des propriétés bien déterminées à l’état frais à savoir la fluidité, la capacité de remplissage et la résistance à la ségrégation. Pour assurer la stabilité rhéologique, l’utilisation des additifs comme les cendres de balles de paddy s’avère nécessaire. Néanmoins le BAP a un comportement fragile. Pour tenter de remédier à cet aspect négatif, on a imaginé plusieurs procédés dont celui d’armer le béton par l’intermédiaire de barre d’acier (Béton armé classique). Un autre procédé consiste à éviter de faire travailler le béton en traction grâce à une compression préalable : c’est le béton précontraint. A l’inverse du rôle des armatures passives et de précontraints, il existe actuellement une grande variété de matériaux composites. La plus part sont destinés à des industries de pointe, celles-ci utilisent des composites constitués de fibres de carbone, d’alumines, végétales etc.…. dans des matrices minérales à base de liants hydrauliques.
BETON AUTOPLACANT
GENERALITES
Historique
Le béton est utilisé par l’ensemble des grandes civilisations pour construire des ouvrages. Tout d’abord les grecs qui ont utilisé un mortier de chaux, puis les romains qui ont développé le ciment pouzzolanique formé de chaux, de briques concassées et de poussières de cendres volcaniques. Ce mélange avait la particularité de pouvoir faire prise sous l’eau. Les romains ont érigé de nombreux ouvrages célèbres avec ce matériau comme le Colisée, le Panthéon ou encore le Pont du Gard. [23] La technologie du béton a ensuite peu évolué jusqu’à ce qu’en 1756, John Smeaton, dans le cadre de la reconstruction du phare d’Eddystone Rock, s’intéresse aux origines des chaux utilisées en association avec différent types de pouzzolanes ([Smeaton, 1793] cité par [Hewlett, 1988]). Le béton a alors connu une évolution rapide pour devenir le matériau que nous connaissons aujourd’hui. En 1818, Louis Vicat développe les premières chaux hydrauliques artificielles à partir d’argiles et de calcaires calcinés. Puis, en 1824 Joseph Aspin produit le premier ciment Portland fait d’un mélange de chaux fine pulvérisée et d’argiles, porté à hautes températures. Même si l’association entre matériau cimentaire et acier apparait en 1850 grâce à J. Monier qui développe un mortier armé, elle ne sera utilisée avec succès que lors de la construction du premier pont en béton armé en 1889 (le Lake Alvord Bridge). Au début du 20ème siècle, en parallèle de la mise au point du béton précontraint (1929), Eugène Freyssinet met en avant l’effet bénéfique de la vibration pour la mise en place des bétons fermes à l’état frais. Si les outils utilisés pour le compactage des bétons se sont perfectionnés, l’étape de la mise en place des bétons frais est primordiale pour l’obtention d’une bonne qualité des bétons durcis. Son importance est accentuée avec l’évolution des structures vers la complexité des formes et, par conséquent, des ferraillages. La généralisation des adjuvants chimiques, tels que les super plastifiants, dès le début des années 80 permet d’allier facilité de mise en place et amélioration des performances du béton formulé avec une plus faible quantité d’eau et une compacité optimisée du squelette granulaire. [23] Néanmoins, l’amélioration des performances avec l’utilisation de nouveaux constituants dans les dernières décennies ne modifie pas le caractère viscoplastique du béton à l’état frais qui nécessite toujours un apport d’énergie pour sa mise en place. Ainsi, les performances attendues du matériau restent entièrement dépendantes du soin apporté à sa mise en œuvre. Le contexte japonais, au début des années 80, nécessitait de limiter, voire de s’affranchir de l’intervention humaine à la mise en place afin de garantir les performances du béton et l’assurance qualité des constructions. C’est ainsi qu’en 1986, les recherches d’Ozawa et al [Ozawa, 1989] conduisirent à la première publication sur un béton qui se met en place sous le seul effet de la gravité, le béton autoplaçant (BAP).
Définition
Les bétons autoplaçants sont des bétons très spéciaux, ils sont très fluides, très déformables, homogènes et stables. Ils se mettent en place par l’unique effet de la gravité, sans l’utilisation de moyen de vibration et épousent parfaitement les formes des coffrages les plus complexes [3]. Ils ne doivent pas subir de ségrégation et doivent présenter des qualités comparables à celles des bétons vibrés classiques.
Composition
Le béton autoplaçant est un matériau hétérogène, il contient deux constituants de plus qu’un béton ordinaire. Ces six (6) composants sont le ciment, l’eau, le sable, les gravillons, un additif (fine), et un superplastifiant.
Ciment
Le ciment est un liant hydraulique, c’est-à-dire une matière minérale finement moulue qui est mélangée avec l’eau, forme une pâte qui fait prise et durcit à la suite du processus d’hydratation et qui, après durcissement, conserve sa résistance et sa stabilité même sous l’eau.[16] Le durcissement de la pâte de ciment est principalement dû à l’hydratation des silicates de calcium. Dans les ciments, les aluminates peuvent également intervenir dans le processus de durcissement. La somme des proportions de l’oxyde de calcium (CaO) et du dioxyde de silicium (SiO2) réactifs doit être d’au moins 50 % en masse. Le ciment est constitué principalement de clinker Portland (K) qui est un matériau hydraulique. Il est obtenu à partir de la cuisson à haute température, supérieure à 1450°C, d’un mélange approprié de calcaire et d’argile en proportion moyenne de 80% et 20%.
Les silicates et aluminates hydrauliques formés lors de la clinkérisation sont :
● Le silicate tricalcique, 3CaO.SiO2, que l’on écrit C3S ;
● Le silicate bicalcique, 2CaO.SiO2, que l’on écrit C2S ;
● L’aluminate tricalcique, 3CaO.Al2O3, que l’on écrit C3A ;
● L’alumino-ferrite tétra-calcique, 4CaO.Al2O3.Fe2O3, que l’on écrit C4AF.
Suivant la carrière d’origine et les performances recherchées, le clinker est constitué de 62% à 67 % de chaux combinée (CaO), de 19 % à 25 % de silice (SiO2), de 2 % à 9 % d’alumine (Al2O3), et de 1% à 5 % d’oxyde de fer (Fe2O3). Le ciment peut être constitué aussi de laitier de haut fourneau (S), de pouzzolane naturelle (Z), de cendres volantes siliceuses (V) ou calciques (W), de fumée de silice (D), de calcaire (L), de schistes calcinés (T), de constituants secondaires, de sulfate de calcium (gypse, anhydrite) et d’additifs. [2] En principe tous les ciments conformes à la norme NF EN 197-1 conviennent pour la fabrication des BAP. Le ciment généralement utilisé pour la confection d’un béton autoplaçant est soit le ciment Portland CPA-CEM I 42,5 qui contient au moins 95 % de clinker et éventuellement un constituant secondaire, soit le ciment Portland composé CPA CEM II/A et B 42,5 dont l’apport en clinker est de 65 à 94 %, le reste étant composé d’un ou de plusieurs ajouts.
Les granulats
Les « granulats » sont les matières grenues de nature, de forme et de grosseur diverses qui entrent dans la composition des bétons, par exemple sable, graviers ou cailloux. [17] La nature du matériau est caractérisée par la roche ou les produits constituants les grains : basalte, porphyre, quartzite, silex, calcaire, silico-calcaire, grès, barytine, magnétite, pyrite, laitier expansé ou non, argile ou schiste expansé, ponce etc. Le granulat peut être un produit naturel obtenu par criblage (type roulé à grains plus ou moins arrondis) ou un produit de concassage (type concassé à grains plus ou moins anguleux). Les granulats sont classés selon les dimensions des grains qui les constituent et la courbe granulométrique représente la distribution, en pourcentage, des poids des matériaux passants dans des tamis de dimensions normalisées. Pour faciliter l’écoulement du mélange, la confection d’un bon béton autoplaçant utilise généralement des granulats roulés de rivières et un apport de fines (par exemple des fillers calcaires) plus importants. Du fait que les frottements entre les granulats limitent l’étalement et l’aptitude au remplissage des bétons, la quantité de granulats est donc limitée, en général le rapport granulats / sable exprimé en masse est de 1 dans un BAP. Le risque de blocage dans un milieu fortement ferraillé augmente lorsque le Dmax augmente. Ainsi, le Dmax des granulats doit être compris entre 10 et 20 mm.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I : BETON AUTOPLACANT
I. 1. GENERALITES
I. 1. 1. Historique
I. 1. 2. Définition
I. 1. 3. Composition
I. 1. 4. Domaine d’utilisation des BAP
I. 2. FORMULATION DES BETONS AUTOPLAÇANTS
I. 3. ESSAIS DE CARACTERISATIONS DES BAP A L’ETAT FRAIS
I. 3. 1. Essai d’étalement
I. 3. 2. Essai de la boite en L
I. 3. 3. Essai stabilité au tamis
I. 4. ESSAIS DE CARACTERISATIONS DES BAP A L’ETAT DURCI
I. 4. 1. Résistance à la compression
I. 4. 2. Résistance à la traction
I. 4. 3. Module d’élasticité
I. 4. 4. Retrait
I. 4. 5. Fluage
Chapitre II : LES BETONS DE FIBRES
II. 1. GENERALITES SUR LES FIBRES
II. 1. 1. Définition d’un matériau composite
II. 1. 2. Historique et perspective de l’utilisation des fibres
II. 1. 3. Type des fibres utilisées dans le domaine de construction
II. 1. 4. Les fibres végétales
II. 1. 5. Propriétés des fibres végétales
II. 1. 6. Domaines d’application des fibres
II. 2. LE BETON RENFORCE DE FIBRES
II. 2. 1. Définition de béton de fibres
II. 2. 2. Comportement des bétons de fibres
II. 2. 3. Durabilité des bétons de fibres
II. 2. 4. Traitement de la Fibre
Chapitre III : BETON AUTOPLAÇANT FIBRE
III. 1. Les propriétés des bétons autoplaçants fibres a l’état frais
III. 1. 1. Essai d’étalement
III. 1. 2. Essai de V-funnel
III. 1. 3. Essai J-RING
III. 2. Résistance à l’écoulement (relation entre la teneur en fibre et la viscosité plastique)
III. 3. Orientation et distribution des fibres
III. 4. Comportement Mécaniques Des bétons autoplaçants fibres à l’état durci
III. 4. 1. Comportement à la compression et à la traction
III. 4. 2. Comportement à la flexion
III. 5. Utilisation Des Bétons Autoplaçants Fibres Dans Les Structures
Chapitre IV : CARACTERISATION DES MATERIAUX D’EXPERIMENTATION
IV. 1. LE CIMENT
IV. 1. 1. Caractéristiques chimiques
IV. 1. 2. Composition minéralogique du ciment
IV. 1. 3. Caractéristiques physique et mécanique
IV. 2. LES CENDRES DE BALLE DE PADDY
IV. 2. 1. Processus de combustion
IV. 2. 2. Caractéristiques chimiques
IV. 2. 3. Propriété pouzzolanique de la cendre de balle de paddy
IV. 3. LES GRANULATS
IV. 3. 1. Prélèvements d’échantillon
IV. 3. 2. Préparation d’un échantillon pour essai
IV. 4. SUPERPLASTIFIANT
IV. 4. 1 Spécification
IV. 4. 2 Caractéristiques
IV. 4. 3 Mode d’emploi
IV. 5. LES FIBRES
IV. 5. 1 Préparation des fibres
IV. 5. 2 Présentation de la fibre de bambou
IV. 5. 3 Propriétés physiques des fibres de bambou
IV. 5. 4 Elimination des impuretés : Trempage
IV. 6. L’EAU
IV. 6. 1 Caractéristiques Physiques et tolérances
IV. 6. 2 Caractéristiques Chimiques et tolérances
Chapitre V :COMPORTEMENT RHEOLOGIQUE DES BETONS AUTOPLACANTS
V. 1. FORMULATION DES BAP ETUDIES
V. 1. 1. Détermination du dosage en gravier
V. 1. 2. Détermination du dosage en sable
V. 1. 3. Pâte liante
V. 2. LES ESSAIS ET CARACTERISATIONS DES BETONS
V. 2. 1. Confection des gâchées
V. 2. 2. Analyse à l’état frais
V. 2. 3. CARACTERISATION DES BETONS A L’ETAT DURCI
V. 3. INFLUENCE DES FIBRES DE BAMBOU SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES BAP
V. 3. 1. Les essais à l’état frais pour les bétons Autoplaçants fibrés
V. 3. 2. Les essais à l’état durcis des bétons Autoplaçants fibrés
Chapitre VI :ETUDES DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX ET SOCIAUX-ECONOMIQUES
VI. 1. Avantages de l’utilisation des BAP
VI. 1. 1. Ouvrabilité
VI. 1. 2. Qualité d’aspect
VI. 1. 3. Le Bruit
VI. 1. 4. Les vibrations
VI. 1. 5. La Pénibilité
VI. 2. Valorisation des ressources locales
VI. 2. 1. Bambou
VI. 2. 2. Cendre de balle de paddy
VI. 3. ÉTUDE ESTIMATIF
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXE A
ANNEXE B
ANNEXE C
