ch3 granulats

Matériaux de construction

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CHAPITRE III

Les granulats

III.1) Définition :

On appelle granulats des matériaux pierreux de petites dimensions, produits par l’érosion ou

le broyage mécanique (concassage) des roches. Ce sont des matériaux inertes entrant dans la

composition des bétons et mortiers.

III.2) Classification des granulats selon la provenance :

A) Granulats naturels :

a) Granulats roulés : ils sont le résultats de la désagrégation des roches par l’eau, le

vent ou le gel. Ainsi ils se sont formés des dépôts sédimentaires de grains de grosseur

allant du sable fin aux gros blocs, de natures minéralogiques différentes.

Trois catégories de granulats roulés existent dans la nature :

- Les granulats de rivière (d’oued).

- Les granulats de mer.

- Les granulats de dunes.

N.B. : Les granulats roulés se caractérisent par leur aspect de grains arrondis et polis.


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b) Granulats concassés (de carrières) : ils proviennent du concassage de roches dures

(granits, porphyres, basaltes, calcaires durs…etc.). Ils sont caractérisés par un aspect

anguleux à arrêtes vives.

B) Granulats artificiels :

Ils proviennent de la transformation thermique des roches (exemple : laitier du haut

fourneau) ou de démolition d’ouvrages.

III.3) Classification des granulats selon la grosseur :

Selon leurs dimensions on distingue : les sables, les graviers, les cailloux, les galets et les

moellons. La classification la plus courante est donnés ci-dessous.

Sables 0,08 mm à 3 mm

Graviers 3 mm à 25 mm

Cailloux 25 mm à 80 mm

Galets et moellons >80 mm

Galets : pierres roulées. Moellons : pierres concassées.


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III.4) Désignation des granulats :

Les granulats sont souvent désignés en fonction de leur plus petite et leur plus grande

dimension comme suit :Ganulat d/D Ganulat : sable ou gravier

d : dimension minimale des grains

D : dimension maximale des grains

Avec une tolérance de 15% d’élément < d et 15% d’élément > D si

D > 1.58d et une tolérance de 20% si D < 1.58d

Exemples : granulats rencontrés en pratique : sable 0/3, gravier 3/8, gravier 8/15, gravier

15/25.

III.5) Analyse granulométrique d’un granulat :

Elle consiste à séparer les grains composant un granulat en classes selon leurs dimensions

à l’aide d’une série de tamis, puis déterminer les pourcentages en poids des différentes

classes dans le granulat.

Illustration :

On considère un échantillon de poids P d’un granulat.

L’échantillon est mis dans le tamis supérieur d’une série

de tamis classés par ordre décroissant selon la dimension

des mailles ( du plus grand en haut au plus petit en bas).

Après vibration de la série de tamis, les grains de

l’échantillon se trouve séparés selon leurs dimensions

et chaque tamis retient une partie dite Refus partiel du

tamis. Le refus cumulé (total) d’un tamis est la somme

de tous les refus partiels des tamis qui se trouve au dessus.

Tamis maille(mm)

Refus partiel(grs)

Refus cumulé(grs)

%Refus cumulé %Tamisat

5.00 03.15 102.00 901.25 1000.80 1500.50 1500.315 1800.200 1200.125 1200.08 80


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La proportion (en %) du refus cumulé d’un tamis rapportée au poids total s’exprime :

%Refus = Poids _ refus _ cumulé

x100Poids _ echantillon

Le complément à 100% du refus cumulé est le Tamisât du tamis en considération.

%Tamisât = 100% − %Refus

La courbe granulométrique est la représentation graphique du %Tamisât en fonction de

la dimension de la maille du tamis. Afin de prendre en compte la grande variation des

dimensions des grains dans granulat, la dimension de la maille du tamis est représentée

sur une échelle logarithmique.

Ainsi la courbe granulométrique est : %Tamisât = f (log( d )) , avec

d : dimension de la maille du tamis.

Série de tamis utilisée dans l’essai granulométrique normalisé en (mm) :

0.08 ; 0.100 ; 0.125 ; 0.160 ; 0.200 ; 0.250 ; 0.315 ; 0.40 ; 0.50 ; 0.63 ; 0.80 ; 1.00 ; 1.25 ;

1.60 ; 2.00 ; 2.50 ; 3.15 ; 4.00 ; 5.00 ; 6.30 ; 8.00 ; 10.00 ; 12.50 ; 16.00 ; 20.00 ; 25.00 ;

31.50 ; 40.00 ; 50.00 ; 63.00 ; 80.00.

Le choix des tamis à utiliser dépend des dimensions du granulat à essayer. Pour un sable

par exemple, on peut prendre la série : 0.08 ;…….. ; 5.00.

Exemple de tracé d’une courbe granulométrique :

Soit à effectuer l’essai granulométrique sur un sable. Prenons un échantillon du sable

pesant 1000 grs. Au regard des dimensions du sable on utilisera la série de tamis :

0.08 ; 0.125 ; 0.200 ; 0.315 ; 0.50 ; 0.80 ; 1.25 ; 2.00 ; 3.15 et 5.00mm.

Les refus partiels dans les différents tamis sont donnés sur le tableau suivant. Tracer la

courbe granulométrique du granulat.


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Tamisât %

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0Tamis

Quelques propriétés de la granulométrie tirées des courbes granulométriques :

Gravier, granulométrie serrée

Gravier, granulométrie discontnue

GranulométrieEtalée


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III.5) Propriétés importantes des granulats intervenants dans

la composition des bétons :

La composition d’un béton est décrite par une formule montrant les quantités relatives des

différents composants qui en interviennent.

Exemple : pour 1 m3 de béton on prend : - 350 kg de ciment

- 1100 kg de gravier

- 550 kg de sable

- 100 l d’eau

Dans la recherche d’une formule pour béton, on doit tenir compte que :

- Les granulats sont moins chers que les ciments (les liants en général).

- Les granulats sont souvent plus résistants que la pâte de ciment.

- Les granulats (matériau inerte) augmentent la stabilité dimensionnelle du béton (retrait,

fluage).

Par conséquent, dans le composé béton, Il faut augmenter au maximum la quantité de

granulats relativement à la quantité de ciment, en respectant toutefois les conditions

suivantes:

• Les granulats doivent satisfaire à certaines exigences de qualité (résistance

mécanique).

• La quantité de pâte liante doit être suffisante pour lier tous les grains et remplir les

vides.

• Les granulats doivent contenir différentes dimensions afin de minimiser les vides

intergranulaires. Toutefois il faut essayer d’augmenter la proportion des gros

granulats pour minimiser la surface spécifique du mélange granulats et par

conséquent utiliser le minimum de la quantité de ciment.

A) Courbe granulométrie : c’est l’outil de base qui permet le choix de la composition d’un

béton performant ayant les caractéristiques citées en haut.

B) Masse volumique apparente :

Les quantités des granulats intervenant dans une composition de béton, sont données en terme

de masses (masses de granulats secs).


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En pratique dans la fabrication, on compose le béton très souvent en mesurant des volumes au

lieux de masses (exemple : 1 brouette, 2 brouettes…etc). Il est ainsi important de connaître la

masse volumique apparente des granulats :

M : masse d’un échantillon de granulat de volume apparent Vapparent

Remarque : Cette méthode de composition en volume présente des erreurs certaines à cause

du foisonnement. En effet, La masse volumique apparente peut changer beaucoup pour un

même granulat en fonction de sa compacité (foisonnement).

C) Teneur en eau

La teneur en eau d'un granulat est le rapport du poids d'eau contenu au poids des grains composant le

granulat

Les granulats utilisés pour la confection du béton contiennent généralement une certaine quantité

d'eau variable selon les conditions météorologiques. L'eau de gâchage réellement utilisée est par

conséquent égale à la quantité d'eau théorique moins l'eau contenue dans les granulats. Il faut par

conséquent disposer de moyens pour mesurer combien il y a d'eau dans les granulats.

D) Propreté des granulats :

Les granulats employés pour le béton peuvent contenir des impuretés (argile, matières organiques…

etc) qui perturbent l'hydratation du ciment et entraînent une mauvaise adhérence entre les granulats

et la pâte. Ceci se vérifie sur le chantier par les traces qu'elles laissent lorsqu'on les frotte entre

les mains.

Le degré de propreté est déterminé à l’aide de l’essai d’équivalent de sable.

Les granulats qui ne sont pas propres doivent être lavés avant l’utilisation.


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3.2 Coefficient d’Aplatissement selon la norme [EN 933-3]

Selon leur origine, leur nature et leur mode d'élaboration, les granulats peuvent avoir des

formes sphériques, cubiques, nodulaires, plates ou allongées. Ces caractéristiques, ainsi

que l'état de surface des grains influent :

- Sur l'aptitude à la mise en place du béton frais, sa tenue au démoulage immédiat et

la résistance mécanique du béton durci,

- à la compacité des remblais et couches de forme, à la rugosité des couches de

roulement, l'adhérence avec les liants bitumineux, ...

La forme d'un granulat est définie par 3 dimensions principales :

- Longueur (L) : le plus grand écartement d'un couple de plans tangents parallèles,

- Epaisseur (E) : le plus petit écartement d'un couple de plans tangents parallèles,

- Grosseur(G) : dimension de la maille carrée minimale à travers laquelle passe

l'élément.

Le coefficient d'aplatissement des granulats permet de caractériser la forme des granulats dont

la dimension est comprise entre 4 et 80 mm et de suivre la régularité des fournitures de

gravillons.

Un gravillon de forme défavorable (plate ou allongée) présente un coefficient d'aplatissement

élevé (20 à 40 %). Un gravillon de forme favorable (sphérique, cubique, nodulaire) présente

un coefficient d'aplatissement généralement compris entre 5 et 20 %.

L'essai consiste à effectuer 2 tamisages successifs :

- un tamisage sur tamis permet de classer l'échantillon en différentes classes granulaires d/D (d

étant la dimension minimale des plus petits éléments en mm, D étant la dimension maximale

des plus gros éléments en mm),

- un tamisage des différentes classes granulaires d/D, sur des grilles à fentes parallèles

d'écartement : D/2

Le coefficient d'aplatissement représente le pourcentage d'éléments d'un granulat tel que :


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GE

>1.58

L’essai de référence européen pour déterminer l’aplatissement, ou la forme, des granulats

est la mesure du coefficient d’aplatissement. Il consiste à séparer par tamisage un

échantillon d /D de granulats en fractions élémentaires, puis à extraire dans chaque fraction

les particules plates au moyen de grilles à fentes. Les fractions élémentaires d i/Di sont

obtenues en utilisant une série de tamis circulaires dont les dimensions des mailles vont de

4 à 80 mm Chaque fraction élémentaire di/Di est ensuite tamisée au moyen d’une grille à

fentes, dont les barreaux ont un écartement de D i/2. Si M 1 désigne la masse initiale de

l’échantillon et M 2 la masse cumulée de particules de chaque fraction élémentaire d i/Di

passant à travers la grille à fentes d’écartement Di/2, le coefficient d’aplatissement FI est

donné par l’équation suivante :

FI (%) = 100 M 2/M 1

4. Caractéristiques physiques des granulats :

4.1 Masse volumique Apparente : app (Voir Chapitre 2)

4.2 Masse volumique Absolue : s (Voir Chapitre 2)

4.3 La porosité : n et la Compacité : C (Voir Chapitre 2)

4.4 L’indice de vides : e (Voir Chapitre 2)

4.5 La teneur en Eau : W (Voir Chapitre 2)

4.6 L’Absorption : Ab (Voir Chapitre 2)

4.7 La perméabilité : K (Voir Chapitre 2)

4.8 La propreté d’un Granulat :

Les granulats utilisées doivent être propres superficiellement et ne pas contenir ni des éléments

fins, ni matières organiques et ni argiles, pour évaluer la propreté d’un granulat plusieurs tests

pratiques seront réalisés sur les graviers et les sables. Pour le gravier, on réalise l’essai de

propreté superficielle et pour le sable on peut réaliser un Essai d’équivalent de sable, ou un


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Essai au bleu de méthylène

L’essai de propreté superficielle (NFP 18-591, NT 21-25) : consiste à déterminer

Le pourcentage des éléments de diamètre ≤ 0.5 mm recueillis par lavage du gravier dans un

tamis de 0.5 mm

L’essai d’équivalent de sable (NFP 18-597, NFP 18-598) : Les essais d'équivalent de sable

permettent de mesurer la propreté de matériaux fins. Ils rendent compte de façon globale de

la quantité d'éléments fins contenus dans les matériaux sans aucune distinction de nature.

L'équivalent de sable est un rapport conventionnel volumétrique entre les grains fins

et les autres. Il permet donc de caractériser l'importance des fines par une valeur

numérique. L'essai d'équivalent de sable rend compte globalement de la quantité des

éléments les plus fins contenus dans les granulats, en exprimant un rapport

conventionnel volumétrique entre les éléments dits sableux et les éléments plus fins

(argile par exemple). Les éléments sableux, éléments grenus et non floculables qui

sédimentent dans le fond de l'éprouvette. Les éléments fins, éléments formant le

floculat, qui restent en suspension dans la solution.

L'équivalent de sable indique le degré de pollution des éléments sableux des granulats.

Parmi ses nombreux domaines d'application, les plus utilisés sont :

- choix et contrôle des sols utilisables en stabilisation mécanique,

- choix et contrôle des sables à béton,

- choix et contrôle des granulats pour les enrobés hydrocarbonés.

Plus l'équivalent de sable est élevé, moins le matériau contient d'éléments fins

nuisibles. Il s'applique assez bien aux sols faiblement plastiques et peut s'appliquer à

tous les matériaux grenus. Il s'effectue sur les fractions inférieures à 5 mm.

Il existe 2 types de mesures en fonction du degré d'argilosité du matériau. En effet

pour les sols par exemple, la mesure de la hauteur H'2 peut être délicate, on substitue

à l'essai visuel, l'essai au piston.

- H1 H1H2H

'2

E . S =H'2

H1

×100E . S . VUE =H2

H1

×100

H'2


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L’essai au bleu de méthylène (NFP 94-068, EN 933-9, NT 21-207) : permet d’évaluer

l’influence des fines d’origines argileuses (actives) dans un sable ou grave d’origine naturelle ou

artificielle. Il permet de quantifier de manière sûre et simple la propreté des granulats.

L'essai au bleu de méthylène est pratiqué sur la fraction granulaire 0/2 mm des sables courants

ou sur les fillers (0/0.125 mm) contenus dans un sable fillerisé, un gravillon ou un tout venant

Il a pour but de révéler la présence de fines de nature argileuse et d'en déterminer la

concentration. Il est généralement effectué après un essai de propreté des sables ou des

gravillons lorsque le résultat de celui-ci est inférieur aux spécifications exigées.

On tamise par voie humide une masse Mh (de teneur en eau W) de façon à avoir une masse de

filler (<0.08mm) de 30 g environ, le refus au tamis de 0.08 mm est séchée puis pesé, soit M sa

masse. On mélange le tamisât dans 500 ml d’eau avec 30 g de Kaolinite de valeur de bleu V Bk

connue. L’ensemble est brasé à l’aide d’un agitateur, on effectue le dosage au bleu de méthylène

toutes les minutes jusqu’à saturation en bleu est notée V. la valeur de bleu est donnée par la

formule :

VB= V−30 VBK

q avec q=

100. M h

100+W

5. Caractéristiques mécaniques des granulats :

Lors de fabrication du béton, le malaxage est une source des frottements intenses entre

granulats.

Si les granulats ne sont pas résistants, ils peuvent se casser et produisent des éléments plus fins.

De même une chaussée est soumise à des multiples actions tel que le trafic et les intempéries.

Les granulats doivent résister à l’usure (surtout en présence d’eau) et au polissage.

Des essais sont réalisés pour évaluer la capacité d’un granulat à supporter des actions

mécaniques ou d’usure. Parmi ces essais, l’essai Los Angeles, l’essai Micro-Deval et l’essai de

polissage accéléré

5.1 Essai Los Angeles (NFP 18-573, NT 21-27) :

Cet essai a pour but de mesurer la quantité d'éléments inférieurs à 1.6 mm produite par

fragmentation, en soumettant le matériau à des chocs de boulets à l'intérieur d'un cylindre en

rotation.

L'essai permet de mesurer les résistances combinées à la fragmentation par chocs et à l'usure par

frottements réciproques des éléments d'un granulat. Il consiste à mesurer la quantité d'éléments

H'2


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inférieurs à 1.6 mm produite en soumettant le matériau à une série de chocs et de frottements

dans la machine Los Angeles. A un coefficient Los Angeles faible correspond un excellent

Matériau. Dans la machine Los Angeles, introduire avec précaution la prise d'essai M =5000 g et

la charge de boulets de la classe granulaire choisie. Après 500 rotations de la machine, à une

vitesse régulière comprise entre 30 et 33 tr/min, recueillir le granulat et le tamiser à 1.6 mm,

peser le refus, soit m le résultat de la pesée. Le passant au tamis de 1.6 mm sera p = 5000 - m.

LA= PM

x100

Classes Granulaires en (mm) Nombre des boulets Poids total de la charge en g

4-6.3 7 3080 (à +120 à -150)

6.3-10 9 3960 (à +120 à -150)

10-14 11 4840 (à +120 à -150)

10-25 11 4840 (à +120 à -150)

16-31.5 12 5280 (à +120 à -150)

25-50 12 5280 (à +120 à -150)

5.2 Essai d’usure MICRO-DEVAL (NFP 18-572, NT 21-08, EN 1097-1) :

Cet essai permet de mesurer la résistance à l'usure par frottements entre les granulats (l’attrition)

et une charge abrasive. Il consiste à mesurer la quantité d'éléments inférieurs à 1.6 mm produite

dans un broyeur, dans des conditions bien définies, à sec ou en présence d'eau. Plus le

coefficient micro-Deval est élevé, meilleur est le matériau.


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Dans les cylindres de la machine, introduire chaque prise d'essai M = 500 g et la charge abrasive

(billes en acier de 10 mm de diamètre) correspondant à la classe granulaire choisie. Les essais

peuvent s'effectuer à sec ou humide. Dans ce dernier cas, on ajoutera 2.5 litres d'eau par essai.

Après rotation des cylindres à une vitesse de 100 tr/min pendant 2 heures, tamiser le matériau

sur le tamis de 1.6 mm et peser le refus. Soit m le résultat de la pesée, le passant au tamis de 1.6

mm sera p = 500 – m. Par définition, le coefficient micro-Deval est le rapport :

MD= PM

x100

Lorsque cet essai est réalisé à sec on obtient MDS et MDE en présence d'eau

5.3 Essai de fragmentation dynamique (NFP 18-574) :

L'essai permet de mesurer la résistance à la fragmentation par chocs des éléments d'un granulat.

Il consiste à mesurer la quantité d'éléments inférieurs à 1.6 mm produite en soumettant le

Classes Granulaires en (mm) Charge abrasive en g

4-6.3 20005

6.3-10 40005

10-14 50005


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matériau aux chocs d'une masse normalisée. Cette quantité est appelée coefficient de

fragmentation dynamique. Cet essai a été conçu de manière à trouer, sur un même matériau, un

Résultat aussi proche que possible du coefficient Los Angeles, le processus d'évolution des

granulats étant le même dans les deux essais. Introduire la prise d'essai M = 350 g. donner le

nombre de coups de masse correspondant à la classe granulaire choisie. Recueillir et tamiser

après essai sur le tamis de 1.6 mm, peser le refus. Soit m le résultat de la pesée, le passant au

tamis de 1.6 mm sera p = 350 - m. Par définition, le coefficient :

FD= PM

x100

5.4 Coefficient de polissage accéléré (NFP 18-575, EN 1097-8 et NT 21-23) :

Cet essai reproduit en laboratoire le polissage des gravillons superficiels de chaussées sous les

pneus des véhicules. Les gravillons à tester sont collées à plat sur des éprouvettes, puis ils sont

soumis à un test abrasif standard en milieu humide. Après abrasion les éprouvettes seront

Classes Granulaires en (mm) Nombre de coups de masse

4-6.3 16

6.3-10 22

10-14 28


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soumises à une mesure de coefficient superficiel de frottement à l’aide d’un système pendulaire

(pendule de frottement)

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