-
Etude experimentale et statistique de linfluence de
laffaissement et de lair occlus sur la resistance a` la
compression des betons
S.M.A. Boukli Hacene, F. Ghomari, F. Schoefs, A. Khelidj
To cite this version:
S.M.A. Boukli Hacene, F. Ghomari, F. Schoefs, A. Khelidj. Etude
experimentale et statistiquede linfluence de laffaissement et de
lair occlus sur la resistance a` la compression des betons.Journal
Scientifique Libanais, 2009, 10 (2), pp.81-100.
HAL Id: hal-00450356
https://hal-confremo.archives-ouvertes.fr/hal-00450356
Submitted on 26 Jan 2010
HAL is a multi-disciplinary open accessarchive for the deposit
and dissemination of sci-entific research documents, whether they
are pub-lished or not. The documents may come fromteaching and
research institutions in France orabroad, or from public or private
research centers.
Larchive ouverte pluridisciplinaire HAL, estdestinee au depot et
a` la diffusion de documentsscientifiques de niveau recherche,
publies ou non,emanant des etablissements denseignement et
derecherche francais ou etrangers, des laboratoirespublics ou
prives.
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
81
ETUDE EXPERIMENTALE ET STATISTIQUE DE LINFLUENCE DE
LAFFAISSEMENT ET DE LAIR OCCLUS SUR LA RESISTANCE A LA
COMPRESSION DES BETONS
S.M.A. Boukli Hacene, F. Ghomari, F. Schoefs 1 et A. Khelidj 2
Laboratoire EOLE, Dpartement de Gnie Civil, Facult des Sciences de
lIngnieur,
Universit AbouBekr Belkaid, Tlemcen, B.P. 230 Chetouane, Tlemcen
13000, Algrie 1 GeM (UMR CNRS 6183), Facult des Sciences et des
Techniques, Universit de Nantes, 2,
rue de la Houssinire, B.P. 92208, 44322 Nantes Cedex 3, France 2
GeM (UMR CNRS 6183), IUT de Saint-Nazaire, Universit de Nantes, 58,
rue Michel-
Ange, B.P. 420, 44606 Saint-Nazaire Cedex, France
[email protected]
(Received 23 April 2009 - Accepted 12 October 2009)
RESUME
La formulation dun bton correspond au processus de slection des
constituants et
de leurs proportions pour fabriquer un matriau possdant
certaines proprits minimales prcises, notamment en ce qui concerne
la consistance, la rsistance et la durabilit.
Les entreprises en Algrie, nont que des budgets relativement
restreints consacrer la formulation des btons. A cet effet, trs peu
dtudes de recherche y sont consacres, pour mettre laccent sur les
aspects lis la composition des btons en fonction de leurs emplois.
On est parti de cet tat de fait, en vue dtudier -dans le cadre dun
programme de recherche agr- linfluence du pourcentage de lair
occlus dans le bton sur sa consistance ainsi que linfluence de ces
deux paramtres (affaissement et pourcentage dair occlus) sur la
rsistance la compression des btons durcis. Cela constitue du point
de vue de lingnieur la proprit la plus importante du matriau, si
lon exclut les indicateurs de durabilit (Mounanga et al.,
2006).
Pour ce faire, un programme exprimental pour la confection de
plus de 700 prouvettes cylindriques de 16x32 cm a t planifi, en
utilisant les matriaux locaux, savoir: le ciment de Bni-Saf, ainsi
que les granulats de lEntreprise Nationale Algrienne des Granulats
(E.N.G). Les btons ont t formuls laide de la mthode de
Dreux-Gorisse. Deux cures ont t adoptes pour les prouvettes
confectionnes, cure lair libre ou immersion dans leau.
Ce travail prsente les rsultats dtudes concernant dune part, les
proprits du bton ltat frais (consistance, air occlus) et dautre
part, la rsistance la compression 28 jours du bton durci. Lensemble
des rsultats exprimentaux obtenus a constitu une banque de donnes.
Cette dernire a permis de comparer, travers une analyse
statistique, le modle tabli par Fret (Baron & Ollivier, 1996)
et les rsultats des essais. Mots-cls: affaissement, air occlus,
bton, compression, tude statistique, granulats concas- ss, matriaux
locaux, rsistance la compression
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
82
ABSTRACT
Companies in Algeria have restricted budgets devoted to the
formulation of concrete. Therefore, very few research studies are
interested by the concrete composition in accordance to its
purpose. Hence, this work is a part of an approved research program
assigned to clarify the impact of certain parameters on the quality
of concrete. This experimental program consists of more than 700
cylindrical specimens of 16x32 cm that were made using local
materials. Excluding the durability indicators towards the
concrete, the compressive strength is the most significant property
to be considered (Mounanga et al., 2006). The obtained results
concern consistency and content air properties of the concrete at
fresh state and compressive strength of hardened concrete at 28
days. Thus, the influence of the air content percentage on the
concrete consistency is studied. Moreover, the influence of these
two parameters on the compressive strength of the hardened concrete
is also presented. The experimental results obtained constitute a
data bank, which allows comparing through a statistical analysis,
the model established by Fret (Baron & Ollivier, 1996) and the
results of the tests. Key words: broken up particles, compression,
concrete, air content, local materials, slump, statistical study,
strength
INTRODUCTION
Le matriau bton est irremplaable dans le domaine de la
construction, pour des raisons conomiques et techniques. Le
compromis trouv entre rsistance mcanique, conomie, esthtique et
facilit de mise en uvre, offre ce matriau la premire place dans la
construction au niveau mondial. Au niveau rgional et national le
bton est le matriau de construction utilis par excellence au sein
de tous les chantiers, aussi bien dans les secteurs du btiment que
ceux des travaux publics ; il na pas de substitut conomique et
performant qui possde les mmes qualits. La rsistance la compression
projette gnralement une image globale de la qualit dun bton
puisquelle est directement lie la structure de la pte du ciment
hydrat. De plus, la rsistance du bton est presque invariablement
llment cl lors de la conception des structures en bton et de
ltablissement des spcifications de conformit (Neville, 1995). Si le
bton est un matriau purement local, ses proprits le sont aussi et
restent troitement lies aux conditions locales (constituants,
fabrication, mise en uvre, conditions climatiques, etc). Depuis
longtemps en effet, la relation entre la composition du bton et sa
rsistance la compression a intress les chercheurs. Nanmoins, aucune
thorie fondamentale et universellement adopte nexiste en la matire,
au-del de la notion commune de rapport eau/ciment. Abrams (1919) a
t probablement le premier montrer limportance de ce paramtre dont
dpend la rsistance la compression, tandis que, vingt ans
auparavant, Fret (1892) prvoyait les rsistances (en traction et en
compression) en fonction de la concentration volumique du ciment
dans la pte. Cependant, bien que le rapport eau/ciment soit une
notion de base dans la technologie du bton, il nest pas suffisant
pour une matrise complte de la rsistance la compression. Dautres
paramtres sont ncessaires (Popovics, 1990 ; de Larrard &
Tondat, 1993 ; Addis & Alexander, 1994 ; de Larrard &
belloc, 1999) si lobjectif est de prvoir cette caractristique avec
une prcision relative de quelques pour-cent. Il sagit de proprits
dpendantes de conditions purement locales, telles
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
83
que les proprits de ses constituants, ainsi que les proprits
ltat frais (consistance, air occlus) (Ferkous et al., 1999; Boukli
Hacene & Ghomari, 2007). La consistance mesure lors de lessai
daffaissement par le cne dAbrams est probablement affecte par la
teneur en eau ; elle a t dcrite jusqu' prsent comme une proprit du
bton frais. Cependant cest aussi une proprit qui affecte la qualit
du produit fini parce que le bton doit avoir une consistance
suffisante pour pouvoir tre serr et atteindre une masse volumique
maximale, tout en utilisant une quantit dnergie minimale dans la
mise en place du matriau.
Lun des effets les plus importants aussi est certainement
linfluence des vides provoqus par lair occlus sur la rsistance la
compression du bton. On sait que la rsistance du bton est une
fonction directe de sa compacit et les vides provoqus par lair
occlus affectent la rsistance la compression de la mme manire que
les vides de toute autre origine. La prsence de 5 % de vide dans le
bton peut rduire la rsistance de plus de 30 % et mme un pourcentage
de vide de 2 % peut produire une perte de rsistance de plus de 10 %
(Glanville et al., 1947), ce qui est en accord avec la loi de Fret
qui relie la rsistance la quantit deau et dair prsente dans la pte
du ciment hydrat. Les vides lintrieur du bton sont soit des bulles
dair pig lors du malaxage soit des espaces laisss lorsque lexcdent
deau contenu dans le bton svapore. A un degr moindre, il peut aussi
y avoir des vides crs par la monte deau lors du ressuage. Diffrents
auteurs ont dcrit le mcanisme de pigeage de lair occlus (Powers,
1968). Daprs lquation de Fret, le volume dair joue le mme rle que
le volume deau, au regard de la rsistance.
Cependant, trs peu de travaux de recherche sont consacrs en
Algrie pour mettre laccent sur les aspects lis la composition des
btons en fonction de leurs emplois. Le travail que nous
entreprenons est essentiellement caractre exprimental et sinscrit
dans le cadre dune thmatique de recherche qui a pour objectif
principal dune part, ltude de la qualit des btons issus de matriaux
locaux, savoir : le ciment de Bni-Saf ainsi que les granulats de
lEntreprise Nationale Algrienne des granulats (E.N.G) et dautre
part, la constitution dune banque de donnes sur les matriaux, les
constituants et les btons de la rgion de Tlemcen (Algrie), en vue
de combler un manque quasi-total dinformations sur les proprits
mcaniques des btons de la rgion. On tente aussi de rpondre en
partie aux attentes des praticiens et de remdier au problme des
mauvais btons qui se pose encore dans cette rgion. On est parti de
cet tat de fait, en vue dtudier linfluence de la nature des
constituants sur la qualit mcanique du mlange, en particulier, la
rsistance la compression. Dans un important programme exprimental o
plus de 700 prouvettes cylindriques de 16x32 cm ont t
confectionnes. En vue dapprcier leffet de plusieurs paramtres du
composite quest le bton (quantit deau, quantit de ciment, rapport
gravier/sable, teneur en air occlus) sur sa rsistance la
compression, dix-huit mlanges ont t raliss dans ce laboratoire avec
les mmes constituants. Ce programme a permis de montrer dune part,
quun grand nombre de btons mis au point ont atteint des valeurs de
rsistance largement suprieures 25 MPa (valeur exige par lOrganisme
National Algrien de Contrle Technique de la Construction (CTC)) et
dautre part, linfluence de laffaissement affect par la teneur en
eau et le pourcentage dair
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
84
occlus sur la rsistance la compression des diffrents mlanges.
Tous les essais pratiqus dans le programme exprimental prconis ont
t raliss selon les normes nationales et internationales reconnues
dans le domaine (NA, AFNOR et ASTM). RESULTATS DES ESSAIS DE
CARACTERISATION DES MATERIAUX UTILISES
Ciment
Dans cette tude, un ciment faible classe de rsistance a t utilis
, il sagit du CPJ CEM II/A 32.5 qui rpond la norme Algrienne NA 44,
de la Socit des Ciments de Bni-Saf appartenant la wilaya de
Ain-Temouchent, dont les caractristiques sont prsentes dans les
Tableaux 1, 2 et 3. Les analyses concernant la composition chimique
et la composition de Bogue minralogique ont t ralises au
laboratoire de lusine de fabrication du ciment tandis que celles
concernant les caractristiques physico mcaniques ont t ralises au
sein de ce laboratoire.
TABLEAU 1
Composition Chimique du Ciment (%)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 CaO libre 28.48 4.19 3.77 56.26
0.89 1.54 0.57
TABLEAU 2
Composition de Bogue Minralogique du Ciment (%)
TABLEAU 3
Caractristiques Physico - Mcaniques du Ciment
Mv apparente (kg/m3) 1088 Mv absolue (Densitomtre le Chatelier)
(kg/m3) 2980
Mv absolue (pycnomtre) (kg/m3) 2986 Consistance (%) W=26.6 %
soit 133 g Dbut de prise 2h52
2 jours 17.80 7 jours 33.80
Rsistance la compression (MPa)
28 jours 48.70 2 jours 3.49 7 jours 5.72
Rsistance en flexion (MPa)
28 jours 6.80
Les rsultats des essais montrent que le ciment est conforme aux
exigences de sa classe. Ce type de ciment nest pas habituellement
utilis pour la fabrication de bton prcontraint cause de sa faible
classe de rsistance, par contre, il est bien adapt aux usages les
plus courants du btiment.
C3S C2S C3A C4AF 55.06 21.01 5.57 12.45
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
85
Eau de gchage
Pour la confection des diffrents btons, leau potable a t utilise
, distribue par le rseau du service public de la Daira de Chetouane
appartenant la ville de Tlemcen. Lanalyse chimique de cette eau a t
ralise au laboratoire de lAlgrienne des eaux. Les rsultats sont
prsents dans le Tableau 4. Ils rpondent aux prescriptions de la
norme XP P 18-303.
TABLEAU 4
Composition de lEau de Gchage (mg/l)
Ca Mg Na K Cl SO4 CO3 NO3 PH T (C) 74.4 49 40 5 95 170 300 42.3
7.5 17.1
Granulats
Les granulats utiliss proviennent de la carrire Djebel Abiod de
Sidi Abdelli qui appartient lEntreprise Nationale des Granulats
(ENG). Ce choix est dict par le fait que cest une grande carrire
qui approvisionne principalement la rgion. Les rserves sont
suffisantes pour assurer lalimentation dun concasseur ayant une
capacit annuelle de production de 500 000 tonnes pendant 87 ans
environ. Ces granulats calcaires concasss sont commercialiss en
tant que classes granulaires : sable 0/3 et gravillons de classes
3/8, 8/16, 16/25.
Pour pouvoir construire des ouvrages fiables, selon les normes
et de haute efficacit
technico-conomique, il faut dterminer les caractristiques
intrinsques des granulats, puisque ces derniers constituent le
squelette du bton et plus de 70% de son volume et affectent donc
fortement ses caractristiques, savoir les proprits dimensionnelles,
physico-chimiques et mcaniques. Les caractristiques de ces
granulats sont consignes dans le Tableau 5 et les rsultats des
analyses granulomtriques sont reprsents sur la Figure 1.
0.01 0.1 1 10 100d (mm)
0
20
40
60
80
100
% P
assa
nts
0/3 3/8 8/16 16/25
Figure 1. Courbes granulomtriques des granulats Djebel
Abiod.
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
86
TABLEAU 5
Identification des Proprits des Granulats de Djebel Abiod
(ENG)
Classes granulaires Caractristiques des granulats :
0/3 3/8 8/16 16/25 Masse volumique apparente (kg/m3) 1426 1355
1423 1374
Masse volumique absolue (kg/m3) 2500 2587 2587 2565 Equivalent
de sable (%) 63.2 - - -
Foisonnement de sable (%) Wopt = 7 lui correspond app= 1130Kg/m3
Essai de propret (impurets) (%) - 1.92 1.3 0.73 Coefficient
daplatissement (%) - 19 8 8 Module de finesse 2.95 - - - Teneur en
fines (%) 17 - - -
Essai Los Angeles (%) - 4/6.3 27 6.3/10
31 10/14
31
Essai Micro deval (%) - 4/6.3
15 6.3/10
11 10/14
8
La carrire Djebel Abiod produit un sable propre qui rpond aux
exigences de la norme NA 455. Dans le cadre de cette tude, il a t
utilis tel quel (Ministre algrien de lhabitat et de lurbanisme,
2005). Aucun traitement (lavage) na t pratiqu pour la ralisation
des formulations de btons prconiss et ce malgr son module de
finesse grossier ainsi que les lgres discontinuits que prsente la
courbe granulomtrique (Figure 1).
En revanche, les graviers prsentent une propret satisfaisante
(< 3%), une forme
favorable (A < 30%) ainsi quune bonne rsistance aux chocs et
lusure, avec un coefficient LA < 40 % et MDE < 35 %.
PLAN EXPERIMENTAL
Connaissant limportance que revt le dosage en ciment et le
rapport E/C sur les caractristiques du bton ltat frais et ltat
durci, on a choisi de faire varier ces deux paramtres selon
lorganigramme prsent en Figure 2, ce qui a conduit la ralisation de
18 formulations de bton.
Aussi deux modes de maturation ont t utiliss; les prouvettes
cylindriques 16x32
cm ont t conserves aprs confection et dmoulage soit lair libre
soit en immersion totale dans leau (NA 426).
La reproductibilit de lessai de compression est trs difficile
obtenir, tant donn que les risques derreurs concernant cet essai
sont multiples : il suffit souvent que lune des
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
87
spcifications ne soit pas suivie au cours de lessai, pour
obtenir un rsultat aberrant. On se concentre ici sur des essais
raliss avec rigueur et pour lesquels une tude statistique peut tre
conduite. Cest pourquoi on a tudi exprimentalement pour chaque
paramtre vingt prouvettes au lieu des trois conventionnelles.
Chaque mesure de rsistance est donc la valeur moyenne obtenue sur
environ une vingtaine dprouvettes et ceci aprs avoir rejet les
quelques valeurs aberrantes en utilisant le test tabul pour la loi
normale (Lebart et al., 1982).
Les btons raliss ont t confectionns conformment aux normes en
vigueur. Les
matriaux pralablement schs dans ltuve 1105C, sont introduits
dans le malaxeur dans lordre suivant: graviers (16/25, 8/16, 3/8),
ciment, sable et eau. Aprs un malaxage sec de lordre de 1 minute,
on ajoute leau de gchage et on poursuit le malaxage pendant 2
minutes. La mise en place dans les moules a eu lieu, soit par
vibration soit par piquage, en fonction des rsultats de lessai
daffaissement et conformment aux normes NF P 18-421, 422, 423.
Dans le cadre de cette tude on a choisi de considrer le rapport
E/C constant et non
pas louvrabilit du bton. Toutefois, les sables concasss qui ont
t utiliss contiennent 15 et 17% de particules infrieures 80 m,
lesquelles augmentent de faon excessive le besoin en eau du bton.
Cest la raison pour laquelle on a fait varier le rapport E/C de 0,5
0,75.
Figure 2. Organigramme du programme exprimental.
La campagne dessais comprend deux parties : la premire concerne
loptimisation du squelette granulaire des btons. Les btons sont
formuls dans un premier temps par la mthode Dreux-Gorisse (Gorisse,
1978 ; Dreux & Festa, 1995 ; Dreux & Gorisse, 1983), puis
optimiss en utilisant la mthode Baron-Lesage (Baron & Lesage,
1969 ; 1976 ; Lesage, 1974), qui consiste dterminer le rapport
gravillon/sable (G/S) optimum. Le rapport G/S optimum est celui qui
donne, pte constante, laffaissement le plus lev. Dans la deuxime
partie de la campagne dessais, les btons sont formuls sur la base
des squelettes granulaires optimiss prcdemment, en faisant varier
le rapport E/C ainsi que le dosage en ciment. Parmi les proprits
tudies, on ne prsente que les rsultats concernant les rsistances la
compression 28 jours, mesurs au laboratoire sur prouvettes
cylindriques normalises conserves dans leau.
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
88
RESULTATS ET DISCUSSIONS
Le programme exprimental ralis a pour ambition, ltude et la
mesure dun nombre important de proprits. Dans le cadre de cet
article, on sattachera tudier linfluence du pourcentage de lair
occlus dans le bton sur sa consistance ainsi que linfluence de ces
deux paramtres (affaissement et pourcentage dair occlus) sur la
rsistance la compression des btons durcis, ce qui permettra davoir
une vision sur les btons de la rgion. Optimisation des proportions
du squelette granulaire
Le rapport G/S optimum a t dtermin pour le bton dont la
composition est prcise dans le Tableau 6.
TABLEAU 6
Composition du Bton
Sable + Gravillons (kg/m3) Ciment (kg/m3) Eau (kg/m3) 1731.1 350
210
Suivant la mthode Baron-Lesage, on a fabriqu plusieurs gches
pour le bton
prsent prcdemment et le rapport G/S a t modul de 1.4 2.0. La
Figure 3 montre que le rapport optimum exprimental (pour lequel
laffaissement est maximal) est de 1.7.
1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2Rapport G/S
1
2
3
4
5
6
Affa
isse
men
t au
cne
d'A
bram
s (c
m)
Figure 3. Optimisation du rapport G/S en fonction de
laffaissement.
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
89
Influence de laffaissement sur la rsistance la compression des
btons et influence du pourcentage dair occlus dans le bton sur
laffaissement
Lessai daffaissement est le plus couramment employ pour
caractriser le bton sur chantier. Il permet de mesurer la
consistance dun bton qui est une grandeur qui sert caractriser
laptitude sa mise en uvre. Lessai a t effectu conformment aux
prescriptions de la norme NF P 18-451 laide du cne dAbrams.
Les essais de rsistance la compression effectus sur des
prouvettes prpares de faon normalise, incluant un serrage conforme
et une cure dans leau pendant une priode de 28 jours, donnent des
rsultats reprsentant la qualit mcanique du bton. Lessai pour la
dtermination de la rsistance la compression des prouvettes, est
excut conformment aux prescriptions de la norme NF P 18-406.
Figure 4. Evolution de la rsistance la compression 28j de btons
conservs leau pour diffrents dosages en ciment en fonction de
laffaissement. La Figure 4 montre lvolution de la rsistance la
compression 28 jours en
fonction de laffaissement. On remarque une diminution de la
rsistance la compression avec laugmentation de laffaissement qui
est due linfluence du rapport E/C. Elle montre aussi que, pour un
dosage en ciment de 300 kg/m3, une bonne partie des btons raliss
ont une consistance ferme. Par contre pour un dosage de 350 kg/m3,
la tendance est beaucoup plus plastique trs plastique. Enfin pour
un dosage de 400 kg/m3, les btons sont en gnral de consistance
plastique fluide.
La mise en place du bton conduit ce dernier toujours renfermer
une certaine quantit dair, appel air occlus. Ce volume dpend de
lnergie de serrage : plus lnergie de serrage est importante, plus
il sera possible de rduire la quantit dair occlus.
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
90
Lessai a t effectu conformment aux prescriptions de la norme NF
P 18-353 laide de laromtre bton, il consiste comprimer le mlange
tudi et mesurer la variation de volume rsultant de lapplication
dune pression dtermine.
Figure 5. Influence du pourcentage dair occlus sur
laffaissement.
La Figure 5 montre que le pourcentage dair occlus dcrot dans le
mlange avec laugmentation de laffaissement qui est due linfluence
du rapport E/C, et plus particulirement, lorsque la consistance
passe de ferme plastique, trs plastique puis fluide.
Le pourcentage dair occlus est important dans les btons fermes
et tend vers la valeur 1 % pour les btons trs plastiques fluides.
Pour laffaissement maximum de 21 cm il correspond un pourcentage
dair occlus mesur de 1 %.
Pour les mlanges fermes, daffaissement infrieur 2 cm, les
rsultats de mesure de lair occlus sont disperss et par consquent
pas trop fiables : ceci est en concordance avec les travaux de de
Larrard (2000). Influence de lair occlus sur la rsistance la
compression des btons
La quantit dair occlus mesure dans le cas de ces btons varie
entre 1 et 2.8 %. Si lon ralise que 1 % dair, occupant le mme
volume que dix litres deau, rduit pareillement la rsistance la
compression, on conclut lvidence que lair occlus dans un bton doit
toujours tre mesur et pris en compte (Baron & Ollivier,
1996).
Lun des effets les plus importants est certainement linfluence
des vides provoqus
par lair occlus sur la rsistance la compression du bton. On sait
que la rsistance du bton est une fonction directe de sa compacit et
les vides provoqus par lair occlus affectent la rsistance la
compression de la mme manire que les vides de toute autre origine.
Les
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
91
Figures 6, 7, 8 et 9 prsentent la relation entre la rsistance la
compression et la teneur en air pour le cas o les vides sont dus
aux conditions de malaxage et de mise en place.
La Figure 6 montre que, lorsque la teneur en air augmente,
toutes choses gales par ailleurs, la rsistance la compression des
btons diminue pour les essais effectus sur les btons de rapports
E/C de 0.5, 0.55 et 0.6. Par contre, pour les rapports E/C de 0.65,
0.70 et 0.75, la rsistance la compression des mlanges augmente mais
trs peu, certainement en raison de la consistance trs plastique
fluide de certains btons doss 350 kg/m3 et 400 kg/m3 (Figure
4).
Pour un rapport E/C donn, les rsistances la compression ne
semblent pas tre affectes par le dosage en ciment (300 kg/m3, 350
kg/m3 et 400 kg/m3), ceci reste valable pour tous les rapports E/C
examins. Dans ces conditions un dosage de 300 kg/m3 reste suffisant
et par consquent conomique.
Selon les normes en vigueur sur lapplication des cures au bton
et en considrant la classe faible du ciment utilis, ce sont les
rapports E/C de 0.5, 0.55 et 0.6 (Figure 6) qui offrent aux btons
les valeurs de rsistances suprieures 25 MPa (valeur exige par
lOrganisme National Algrien de Contrle Technique de la Construction
(CTC)) pour une cure leau.
Il est donc trs important dutiliser une cure soit par protection
du bton contre le schage par exemple par une bche, soit par
vaporisation de leau au jeune ge lorsquon utilise des rapports E/C
trs faibles.
Figure 6. Evolution de la rsistance la compression 28j de btons
conservs leau pour diffrents dosages en ciment et diffrents
rapports eau/ciment en fonction du pourcentage dair occlus.
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
92
Figure 7. Evolution de la rsistance la compression 28j de
btons
conservs leau pour un dosage en ciment de 300 kg/m3 et diffrents
rapports eau/ciment en fonction du pourcentage dair occlus.
Figure 8. Evolution de la rsistance la compression 28j de
btons
conservs leau pour un dosage en ciment de 350 kg/m3 et diffrents
rapports eau/ciment en fonction du pourcentage dair occlus.
Figure 9. Evolution de la rsistance la compression 28j de
btons
conservs leau pour un dosage en ciment de 400 kg/m3 et diffrents
rapports eau/ciment en fonction du pourcentage dair occlus.
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
93
Les Figures 8 et 9 montrent que les btons raliss avec des
dosages en ciment de 350 kg/m3 et 400 kg/m3 pour diffrents rapports
E/C ont un pourcentage dair occlus compris entre 1 % et 1.8 %, plus
petit que ceux raliss avec un dosage de 300 kg/m3 (Figure 7) dont
le pourcentage dair occlus varie entre 2 et 2.8. Ceci est d
particulirement leffet de la consistance qui passe de fluide trs
plastique plastique, puis ferme.
Figure 10. Evolution de la rsistance la compression 28j de btons
conservs leau en fonction de laffaissement et du pourcentage
dair
occlus suivant deux vues diffrentes.
Lanalyse ralise sur lensemble des mesures effectues est
reprsente en tridimensionnel sur la Figure 10 et montre lvolution
de la rsistance la compression 28 jours de btons conservs leau en
fonction de laffaissement et du pourcentage dair occlus. Il est
clair, que la teneur en air crot avec la diminution de
laffaissement, c'est--dire, lorsquon passe des btons fluides aux
btons fermes. En retour, cet air affectera la rsistance la
compression.
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
94
Comparaison entre valeurs calcules et mesures de la rsistance la
compression des btons
Dans le cadre de cette tude, on a utilis la relation de Fret
pour le calcul des rsistances la compression des btons 28
jours.
Sous sa forme la plus complte, la relation de Fret scrit comme
suit :
2
++= aec
cmcfc vvv
vfkf (1)
o cf est la rsistance du bton lchance considre, mcf la rsistance
normale du ciment la mme chance, cv , ev , av , les volumes
respectifs de ciment, deau et dair occlus rapports au volume du
bton ; fk est un coefficient. Cette relation se prsente comme le
produit de trois termes :
-
2
++ aec
c
vvvv
, dont la valeur dpend de la formulation du bton et, en premier
lieu du
rapport E/C ; - mcf dont la valeur dpend du ciment ; - le
coefficient fk enfin, dont la valeur, dans le domaine des btons
courants, dpend principalement des granulats (sable et graviers)
utiliss.
Dans ce cas mcf = 48,7 MPa et fk = 5.
Dans le cadre de ce travail, les volumes dair ont t mesurs avec
un aromtre bton (norme NF P 18-353) et lquation utilise pour le
calcul des rsistances la compression des btons 28 jours est la
suivante :
2a
c
CVE
98,21
5,243f
++= (2)
Le nombre dessais tant consquent, on peut estimer la probabilit
que les valeurs
mesures cf soient proches des valeurs calcules cf . Dans ce cas,
la formule thorique ne
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
95
donne pas de rsultats conservatifs. Dans ce sens on peut dfinir
cette probabilit de dpassement comme une probabilit de dfaillance
fP . Elle est dfinie par :
)()0( ccf ffPMPP
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
96
Figure 11. Comparaison entre valeurs calcules et mesures de la
rsistance la compression de btons pour un dosage en ciment de
300
kg/m3 et diffrents rapports eau/ciment.
Figure 12. Comparaison entre valeurs calcules et mesures de la
rsistance la compression de btons pour un dosage en ciment de
350
kg/m3 et diffrents rapports eau/ciment.
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
97
Figure 13. Comparaison entre valeurs calcules et mesures de
la
rsistance la compression de btons pour un dosage en ciment de
400 kg/m3 et diffrents rapports eau/ciment.
Figure 14. Vrification exprimentale de la relation de Fret.
La Figure 14 regroupe lensemble des mesures effectues et des
valeurs calcules et
montre que les valeurs des rsistances la compression calcules
par la relation de Fret sont lgrement diffrentes de celles
effectivement mesures, avec une erreur moyenne (en valeur absolue)
de 2.35 MPa, ceci peut tre d, selon lquation 5, au cumul des
incertitudes suivantes: - Lincertitude de laromtre bton qui est de
lordre de 0.5%, - Lincertitude, difficile estimer, de mesure du
volume dair. En effet, celle ci est ralise sur le bton en place
dans laromtre et non celui du bton en place dans les prouvettes
sur
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
98
lesquelles on mesure la rsistance. Or le volume dair, sensible
aux conditions de malaxage et de mise en place, peut diffrer dun
cas lautre, - Lincertitude sur le dosage en ciment kgC 05.0= , -
Lincertitude sur le dosage en eau E qui est fonction de lerreur
absolue des prouvettes utilises lors de lexprimentation et qui
diffre dun cas lautre.
A partir de lquation (2), on a dterminc
c
ff
, connaissant CetVE a , ( )
+++
++= C
CVEV
CE
CC
VEff a
aac
c298.2
98.298.2
98,21
2 (5)
Sur la Figure 14, on na pas indiqu les barres derreurs car ces
dernires sont infrieures en gnral 2 MPa et donc trs en dessous de
la dispersion observe. La dispersion est donc majoritairement
extrieure aux incertitudes de mesures.
Depuis bientt cent seize ans que la rgle de Fret a t propose, on
se contente de montrer ici, quelle permet une trs bonne prvision de
la rsistance la compression de btons prpars avec diffrents rapports
E/C (Figs. 11, 12, 13 et 14). Elle sous-estime toutefois les
rsistances pour cf 27 MPa, c'est--dire pour les rapports E/C 0.6 et
les surestime pour cf 27 MPa, c'est--dire pour les rapports E/C
> 0.6. Cela permet dtre en scurit pour la moyenne partie des
btons ou cf 25 MPa (valeur exige par lOrganisme National Algrien
(CTC)).
CONCLUSION
A lissue de la campagne dessais, qui a constitu un travail
exprimental considrable (environ 700 prouvettes de 16x32 cm ont t
confectionnes), on peut dresser la liste des conclusions suivantes
:
Les rsultats des essais montrent que le ciment est conforme aux
exigences de sa classe. Ces masses volumiques sont incluses dans
lintervalle impos par la norme NA 231 et sa consistance est
conforme la norme NF EN 196-3. De mme, ces rsistances en
compression obtenues 2, 7 et 28 jours sont conformes aux exigences
de la norme EN 196-1, comme indiqu dans le Tableau 3.
Ltude entreprise montre que les granulats de la carrire Djebel
Abiod ont prsent
de bonnes proprits physiques, physico- chimiques et mcaniques,
qui rpondent en gnral, aux spcifications exiges par la norme P
18-541. Pour cette tude, ces granulats ont t utiliss en tant que
tel, on na pratiqu aucun traitement (lavage) pour formuler des
btons prconiss par lOrganisme National Algrien de Contrle Technique
de la Construction (CTC).
Dans le cadre de loptimisation des proportions du squelette
granulaire, le rapport optimum exprimental G/S trouv (pour lequel
laffaissement est maximal) est de 1.7.
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
99
La rsistance la compression 28 jours ainsi que le pourcentage
dair occlus dcroissent avec laugmentation de laffaissement qui est
due linfluence du rapport E/C, et plus particulirement, lorsque la
consistance passe de ferme plastique trs plastique puis fluide.
Lorsque la teneur en air augmente, toutes choses gales par
ailleurs, la rsistance la compression des btons diminue pour les
essais effectus sur les btons dont les rapports E/C de 0.5, 0.55 et
0.6. Par contre, pour les rapports E/C de 0.65, 0.70 et 0.75, la
rsistance la compression des mlanges augmente mais trs peu,
certainement, en raison de la consistance trs plastique fluide de
certains btons particulirement ceux doss 350 kg/m3 et 400
kg/m3.
Selon les normes en vigueur sur lapplication des cures au bton
et en considrant la classe faible du ciment utilis, ce sont les
rapports E/C de 0.5, 0.55 et 0.6 qui offrent aux btons les valeurs
de rsistances suprieures 25 MPa (valeur exige par lOrganisme
National Algrien de Contrle Technique de la Construction (CTC))
pour une cure leau. Il est donc trs important dutiliser une cure
soit par protection du bton contre le schage par exemple par une
bche, soit par vaporisation de leau au jeune ge quand on utilise
des rapports E/C trs faibles.
Les btons mis au point couvrent une gamme de rsistance
extrmement large depuis 11.9 MPa jusqu des btons de 40.3 MPa
destins pour les structures en bton arm de btiment ou de travaux
publics et ce pour une classe de rsistance de 32.5. Ces btons ont
prsent de bonnes proprits rhologiques ltat frais, et ont pu tre
utiliss pour fabriquer dans de bonnes conditions divers corps
dpreuve.
Pour un rapport E/C donn, les rsistances la compression ne
semblent pas tre affectes par le dosage en ciment (300 kg/m3, 350
kg/m3 et 400 kg/m3), ceci est valable pour touts les rapports E/C
examins. Dans ces conditions, un dosage de 300 kg/m3 reste
suffisant et par consquent conomique.
Les valeurs des rsistances la compression calcules par la
relation de Fret sont lgrement diffrentes de celles effectivement
mesures, avec une erreur moyenne (en valeur absolue) de 2.35 MPa.
On se contente de montrer ici, que la rgle de Fret permet une trs
bonne prvision de la rsistance la compression de btons prpars avec
diffrents rapports E/C. Elle sous-estime toutefois les rsistances
pour cf 27 MPa et les surestime pour cf 27 MPa. Cela permet dtre en
scurit pour la moyenne partie des btons o cf 25 MPa (valeur exige
par lOrganisme National Algrien de Contrle Technique de la
Construction (CTC)).
REFERENCES
Abrams, L.D. 1919, (1981). Properties of concrete. Cit par
Neville, A.M., 3rd Ed., Pitman. Addis, B.J. and Alexander, M.G.
1994. Cement-Saturation and its effects on the compressive
strength and stiffness of concrete. Cement and Concrete
Research, 24(5): 975-986. Baron, J. et Ollivier, J.P. 1996. Les
btons bases et donnes pour leur formulation. Edition
Eyrolles, Paris.
-
Lebanese Science Journal, Vol. 10, No. 2, 2009
100
Baron, J. et Lesage, R. 1976. La composition du bton hydraulique
du laboratoire au chantier. Rapport de recherche des LCPC N 64,
Paris, Dcembre.
Baron, J. et Lesage, R. 1969. Compacit et maniabilit des btons
hydrauliques. Rapport de recherche des LCPC no. 3, Paris, Aot.
Boukli Hacene, M.A. and Ghomari, F. 2007. Study of the
compression resistance of local concretes. Twelfth International
Colloquium on Structural and Geotechnical Engineering, ICSGE,
Cairo, Egypt, 10-12 December, pp.1005-1014.
De Larrard, F. 2000. Structures granulaires et formulation des
btons. Traduit de langlais par Lecomte A., Etudes et recherches des
laboratoires des ponts et chausses, Paris.
De Larrard, F. et Belloc, A. 1999. Linfluence du granulat sur la
rsistance la compression des btons. Bulletin de liaison des
laboratoires des ponts et chausses, 219 : 41-52, Janvier
Fvrier.
De Larrard, F. et Tondat, P. 1993. Sur la contribution de la
topologie du squelette granulaire la rsistance en compression du
bton. Materials and Structures, RILEM, 26 : 505-516.
Dreux, G. et Festa, J. 1995. Nouveau guide du bton et ses
constituants. Editions Eyrolles, Paris.
Dreux, G. et Gorisse, F. 1983. Composition des btons : mthode
Dreux Gorisse, bilan de cinq annes dapplication en Cte dIvoire.
Annales de lInstitut Technique du btiment et des Travaux Publiques,
no. 414, Paris, Mai.
Feret, R. 1892. Sur la compacit des mortiers. Annales des Ponts
et Chausses, Srie 7, 4 : 5-164.
Ferkous, S., Houari, H., Chikh, N. Mouatsi, M. 1999. Durabilit
des btons : constat, causes et remdes. Actes du deuxime sminaire
national de gnie civil, Universit Mentouri, Constantine, 24-25
mai.
Glanville, W.H., Collins, A.R. and Matthews, D.D. 1947. The
grading of aggregates and workability of concrete. Road Research
Tech.Paper n5, HMSO, London.
Gorisse, F. 1978. Essais et contrle des btons. Editions
Eyrolles, Paris. Khelidj, A., Loukili, A. et Bastian, G. 1998.
Etude exprimentale du couplage hydro-
chimique dans les btons en cours de maturation : incidence sur
les retraits. RILEM, Materials and Structures, 31: 588-594.
Lebart, L., Morineau, A. et Fenelon, J.P. 1982. Traitement des
donnes statistiques. Dunod, Paris.
Lesage, R. 1974. Etude exprimentale de la mise en place du bton
frais. Rapport de recherche des LCPC N 37, Paris, Juin.
Ministre algrien de lhabitat et de lurbanisme 2005. Les sables
de concassage. Centre national dtudes et de recherches intgres du
btiment / C.N.E.I.B., Mai.
Mounanga, P., Baroghel-Bouny, V., Loukili, A. and Khelidj, A.
2006. Autogenous deformations of cement pastes: Part I. Temperature
effects at early age and micromacro correlations. Cement and
Concrete Research, 36(1): 110-122, January.
Neville, A.M. 1995. Properties of concrete. Longman, Harlow.
Popovics, S. 1990. Analysis of concrete strength versus
water-cement ratio relationship. ACI
Materials Journal, 87: 517-528. Powers, T.C. 1968. Properties of
fresh concrete. John Wiley & Sons, New York, 664 p.