06.05.2015

Groupe11_rapport_beton frais.docx

Laboratoire de matériaux de construction

ESSAIS SUR BETON FRAIS

Groupe 11

Etudiants : Clement Sintes, Ludovic Sogno, Mouaad Souadi, Louis Stauber, Julien Thiriot, Hamza Tijani, Aleksandar Trifunovic et Gabriel Tschanz

Section : génie-civil

Table des matières

INTRODUCTION ...................................................................................... 2

1. EXAMEN VISUEL DE QUELQUES ÉCHANTILLONS DE GRANULATS ............... 2

2. ANALYSE GRANULOMÉTRIQUE ............................................................... 3

3. COMPOSITION GRANULOMÉTRIQUE ....................................................... 4

4. COMPOSITION D’UN BÉTON .................................................................. 6

5. MESURE DE LA CONSISTANCE DU BÉTON – SLUMP TEST.......................... 7

6. MESURE D’ÉTALEMENT ...................................................................... 10

7. FABRICATION D’UN ELEMENT EN BETON ARME ..................................... 12

8. MESURE DE LA TENEUR EN AIR (AÉROMÈTRE) ..................................... 13

QUESTIONS .......................................................................................... 14

Rapport sur le béton frais – Groupe N°11 2/16

INTRODUCTION

Ce rapport présente les résultats des essais effectué sur le béton frais lors de travaux pratiques

effectués 27.03.2015.

1. EXAMEN VISUEL DE QUELQUES ÉCHANTILLONS DE GRANULATS

A-Travail effectué

L’objectif de cette première partie est de voir rapidement quels échantillons de granulats ont une

qualité suffisante pour former un béton. Cette tâche doit être faite de manière rapide. Pour cela on

prend un échantillon représentatif de nos différents granulats et on procède à diverses observations

(à œil nu).

Pour cela on met en relation plusieurs éléments :

è La nature (roulé ou concassé)

è La forme (allongé, aplati, en aiguille, arrondi, etc…)

è La propreté (présence d’autre matériaux)

è La présence de matières nuisibles (présence de matériaux aux effets négatifs)

B- Résultats obtenus :

Echantillon Nature Forme Propreté Matières nuisibles Jugement

1 roulé - pas propre non OK

2 roulé - pas propre mica OK

3 roulé - pas propre charbon OK

4 roulé - pas propre matière organique OK

5 roulé aplatie très propre non Oui mais combiné

6 roulé aiguille/allongé propre non OK

7 roulé (mixte) arrondi pas propre Non (nettoyable) Oui mais nettoyé

8 roulé ronde propre non OK

9 concassé aiguille propre non Non (seulement en

mélange)

C- Commentaires : 1 - Les échantillons 1, 2, 3 et 4 sont des sables, leur nature est considéré comme roulé et leur forme

n’est pas déterminé (matériaux très fin).

2 – La proportion de matière nuisible étant relativement faible on considère que les granulats sont

utilisables (ils seront dans tous les cas lavés).

3 – Les granulats de l’échantillon 9 ne sont pas inutilisable mais ils devront être mélangé a d’autre

granulat de forme plus adéquate.

Rapport sur le béton frais – Groupe N°11 3/16

2. ANALYSE GRANULOMÉTRIQUE

Le but de cette analyse est de connaitre la proportion de chaque

catégorie de grains à utiliser pour avoir un béton de la meilleure

qualité possible.

Pour cette analyse nous utilisons un jeu de plusieurs tamis, photo ci-contre (source google images),

qui va nous permettre de contrôler la quantité de grains pour chaque taille. Notre jeu de tamis

possède les ouvertures, en mm, suivantes : 8,0 – 6,3 – 5,0 – 4,0 – 3,15 – 2,5 – 0.

Pour réaliser une courbe granulométrique on place les tamis les uns sur les autres par ordre

d’ouverture croissante. On verse ensuite les granulats dans le tamis supérieur puis on secoue le tout

pendant quelques dizaines de seconde. Après cette opération nous avons dans chaque tamis un

refus qu’il va falloir peser. Nous complétons le tableau ci-dessous avec les valeurs obtenues et

calculons le pourcentage de refus par tamis, le pourcentage de refus cumulé et le pourcentage de

tamisat cumulé.

Avec toutes ces mesures on peut à présent tracer la courbe granulométrique qui est la suivante :

Sur cette courbe nous pouvons voir en bleu la courbe donnée par le fournisseur et sur la courbe

verte celle construite à partir de nos mesures. On voit que la courbe que nous avons construite se

situe un peu plus sur la gauche que celle du fournisseur. Cela traduit le fait que dans notre

échantillon nous avions des grains légèrement plus fins que ce qui était prévu.

Rapport sur le béton frais – Groupe N°11 4/16

3. COMPOSITION GRANULOMÉTRIQUE

Après avoir déterminer les proportions des grains de chaque dimension et la réalisation de la courbe

granulométrique du gravillon (3-8 mm). Il s’agit dans cette troisième partie de ce travail pratique de

trouver les proportions de chaque classe afin d’obtenir un béton compact et facile à mettre en

œuvre.

Pour ce faire, nous nous référons à la courbe granulométrique B préconisée par la norme SIA 162. En

effet, cette courbe granulométriques de référence est continue et ne contient pas de ciment. En plus,

la norme donne deux autres courbes (A et C) qui forment des fuseaux de tolérance pour chaque

diamètre maximal d’agrégats. (Voir figure ci-après)

Voici par ailleurs les courbes A,B et C :

. ! = 50 " #$%&' + ( #$%&')

*. ! = 50( #$%&' ,. 5 % au-dessus de B au-delà de d=0.4 mm.

Ici, nous allons déterminer les proportions de chaque classe pour un béton proche de la courbe B

avec Dmax = 16 mm. Nous connaissons déjà les courbes granulométriques des classes (Sable 0-3 mm,

Gravillon 3-8 mm établie en deuxième partie de ce Labo, ainsi que pour le gravier 8-16 mm). Il nous

reste simplement à lire les proportions de chaque classe après avoir projeter les droites sur la courbe

B puis sur l’axe des ordonnées de la figure 2. Ceci en respectant le recouvrement de 5 %.

Voici le graphique obtenue, ainsi que les résultats qui en découlent.

Figure. Fuseau SIA 162

Figure. Construction de la courbe granulométrique de la classe (Gravillon 3-8 mm) en vert, et détermination du % d’un granulat en prenant en compte le recouvrement de 5%.

Rapport sur le béton frais – Groupe N°11 5/16

Les proportions trouvées pour les granulats par notre groupe ainsi que le groupe 12, sont présentés

sous le tableau suivant :

Groupe Sable 0-3 mm Gravillon 3-8 mm Gravier 8-16 mm

Groupe 11 48 21 31

Groupe 12 50 22.5 27.5

Tableau. Proportions de classe des granulats

Nous remarquons que notre courbe de granulats ainsi que les proportions trouvées sont légèrement

différentes de celles données par le fournisseur.

En comparaison avec les résultats du groupe 12, Nous remarquons une légère différence des

proportions. Néanmoins, les résultats du groupe 12 semblent éloignés des proportions données par

le fournisseur, Il s’agirait peut être d’une erreur de mesure lors du tamisage, ou d’une erreur

pendant la réalisation de la courbe granulométrique ou même des lectures.

Rapport sur le béton frais – Groupe N°11 6/16

4. COMPOSITION D’UN BÉTON

Le but de cette partie est de déterminer les proportions des composants afin d’obtenir un béton de

la qualité voulue.

On se base sur les relations suivantes :

c + e + g + v = 1000

C + E + G = rg

Où :

c = volume de ciment C = poids du ciment par m3 de béton

e = volume d’eau E = poids de l’eau par m3 de béton

g = volume des granulats G= poids des granulats par m3 de béton

v = volume d’air (en prend comme valeur environ 0.1e)

rg = masse volumique des granulats

Avec comme données de base :

- La courbe granulométrique

- Le rapport E/C=0.45 cible

- Le dosage du ciment C=375 kg/m3

- Les masses volumiques rg = 2.67 g/cm3 et rc = 3.1 g/cm3

Nous pouvons déterminer toutes les quantités nécessaires, notamment le volume et le poids des

granulats.

Résultats :

Béton Masse spé. Poids kg/m3 Volume abs./m3 Poids / …l

Ciment 3.1 C = 375 c = 120.97 9.375

Eau 1 E = 168.75 e = 168.75 4.219

Granulat 0/3 2.68

G = 1858.8

g = 693.905

20.906

Granulat 3/8 2.68 10.685

Granulat 8/15 2.68 14.866

Air - - v ~ 16.8 -

Totaux - 1000rb = 1902.05 1000 60.05

Préparation :

Nous avons d’abord vérifié la propreté des granulats. Cette étape est importante : la surface des

granulats doit être propre pour assurer l’adhérence avec la matrice cimentaire.

Puis nous avons mis les granulats et le ciment dans le malaxeur, et commencé à mélanger puis après

environ 10 secondes nous avons introduit l’eau. Le malaxage doit être fait durant 2-3 minutes.

Le béton obtenu était très plastique, ce qui est caractéristique des bétons E/C=0.45. Les échantillons

des autres groupes étaient, logiquement, plus ouvrables, ce que nous observeront dans la suite du

TP.

Rapport sur le béton frais – Groupe N°11 7/16

5. MESURE DE LA CONSISTANCE DU BÉTON – SLUMP TEST

Il existe différents tests plus ou moins faciles à réaliser afin de connaître certaines caractéristiques du

béton. Dans ce TP nous nous sommes intéressés à des tests pouvant être réalisés sur un chantier. Le

premier test que nous avons réalisé est le « Slump Test » ou « Test d’affaissement » en français.

Il consiste à remplir en 3 fois un cône de dimensions normalisées dans la SIA 162. A chaque tiers

rempli, il faut frapper 25 coups de barre (normalisé dans la SIA 162). Une fois le cône rempli en

entier. On nettoie le support et à l’aide d’une truelle, on essaye d’obtenir une surface lisse de béton

sur le dessus du cône.

Enfin, nous pouvons retirer le cône. Nous pouvons à présent mesurer l’affaissement du cône de

ciment par rapport au cône initial.

Des tables d’interprétation données dans la SIA 162 permettent de caractériser le béton entre 3

types de consistance : plastique, molle et fluide.

En cas de consistance fluide, il peut être préférable d’effectuer le test d’étalement ou Flow Test (qui

sera traité dans la prochaine partie).

Il est assez intuitif de penser que l’affaissement sera d’autant moins important que le béton a un

rapport eau/ciment (e/c) faible. Et de la même manière, un rapport eau/ciment important, provoque

un affaissement plus important.

Ce test permet de caractériser en partie l’ouvrabilité.

Photo « Slump Test » d’un béton de e/c = 0.45

Lors de notre premier essai, avec un béton ayant un rapport e/c de 0.45 (assez faible), sans

plastifiant, nous avons obtenu un affaissement 0.2 cm (très faible).

Nous avons itérer afin d’obtenir une meilleure ouvrabilité, en ajoutant, 0,2% de la masse de ciment

de super-plastifiant. Nous avons effectué à nouveau le même test, pour le même béton avec 0.6% de

super-plastifiant.

Rapport sur le béton frais – Groupe N°11 8/16

Ensuite, nous avons testé le béton réalisé pour la poutre en béton armée. Il est de rapport e/c = 0.5

et sans super-plastifiant.

Remarque :

Ce test est assez facilement réalisable sur chantier et permet de se rendre compte de manière

qualitative de la qualité du béton livré (ou fabriqué). Il ne permet cependant pas de connaître le

rapport e/c, car un béton avec un faible rapport e/c, mais avec des plastifiant aura un affaissement

comparable à un béton avec un rapport e/c plus élevé.

Résultat :

Consistance e/c = 0.45

e/c = 0.45 +

0.6% de super

plastifiant

e/c = 0.5

(Pour la poutre

en béton

armée)

e/c = 0.55

(groupe 12)

Slump (cm) 0.2 1.5 0.4 0

Interprétation Ferme Plastique Ferme Ferme

Rapport e/c du béton

sans super-plastifiant 0.45 0.5 (groupe 12) 0.5

Slump (en cm) 0.2 0(1) 0.4

(1) Valeur qui ne sera pas considéré pour l’interprétation des résultats.

Quantité de super-plastifiant

pour e/c = 0.45

(% de la masse de ciment)

0 0.6

Slump (en cm) 0.2 1.5

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Slu

mp

(en

cm

)

Rapport e/c du béton sans super-plastifiant [-]

Slump (en cm)

Rapport sur le béton frais – Groupe N°11 9/16

On remarque que nos valeurs restent relativement dans le domaine des consistances plastiques.

Interprétation :

On peut se rendre compte qu’un béton de rapport e/c élevé augmente l’affaissement. En effet, on

remarque que pour un béton de rapport e/c de 0.45, on a un affaissement de 0.2 cm contre 0.4 cm

pour un e/c de 0.5.

L’ajout de super-plastifiant rend aussi l’affaissement plus important.

En effet, on remarque que le béton de rapport e/c de 0.45 sans plastifiant s’affaisse de 0.2 cm contre

1.5 cm pour le même béton avec 0.6% de super plastifiant.

Cependant, si on s’intéresse à la valeur du Slump test pour le béton du groupe 12, cette valeur

semble étrange à la vue de nos valeurs pour un béton avec un rapport e/c faible. On peut donc

écarter cette valeur qui peut être du à une erreur de lecture de la hauteur du cône. Cette erreur de

lecture est d’autant plus possible que le flow test donne une consistance de béton mole.

Conclusion :

Ainsi, avec le Slump Test, on teste l’ouvrabilité du béton. Ainsi, on se rend compte qu’avec l’ajout de

super-plastifiant un béton à faible rapport e/c a une ouvrabilité identique à un béton à rapport e/c

plus élevé.

Il convient d’analyser, si nous avons réellement besoin d’un béton avec un rapport e/c faible dans

lequel on doit ajouter des super-plastifiants (qui représentent une part importante du coût du

béton). Ou alors, si l’on peut se satisfaire d’un béton avec un rapport e/c plus important, donc une

résistance et une durabilité inférieure, mais à un cout plus faible. Il convient de choisir le béton

adapté à l’utilisation que l’on souhaite en faire.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Slu

mp

(en

cm

)

Quantité de super-plastifiant pour e/c = 0.45 (% de la masse de ciment)

Effet des super-plastifiants sur le slump

Rapport sur le béton frais – Groupe N°11 10/16

6. MESURE D’ÉTALEMENT

Objectif :

La mesure d’étalement effectuée par un essai flow-test permet de définir la consistance d’un béton

plastique ou fluide. Cette mesure ne convient pas pour des bétons raides ou fermes. Elle est

essentiellement utilisée en laboratoire.

La consistance du béton est caractérisée par la mesure de l’étalement d’un cône de béton de forme

normalisée après une série de secousses sur une table à choc normalisée.

Matériel nécessaire :

- Moule conique de dimension normalisée

- Table à choc normalisée

- Truelle

- Barre métallique

Méthode :

- Mouiller le plateau de la table à choc et l’intérieur du moule conique. - Placer la table sur un support rigide et horizontal. - Poser le moule sur la table à choc et le maintenir en appuyant fermement sur les deux pattes

de calage avec les pieds.

- Remplir le moule conique de béton frais à l’aide d’une truelle en deux couches d’à peu près

même hauteur.

- Compacter chaque couche par 10 coups de barre.

- Araser le dessus du moule et nettoyer la table autour du moule.

- Retirer le moule.

- Soulever le plateau supérieur de la table à choc jusqu’à la butée et le laisser retomber

librement quinze fois en quinze secondes.

- Mesurer la galette de béton en deux diamètres perpendiculaires d1 et d2 et calculer la

moyenne d = (d1 + d2) / 2.

Interprétation des résultats :

Consistance Plastique Molle Fluide

Etalement d en cm 30 à 40 41 à 50 ≥ 51

Résultats :

Consistance G11 (e/c = 0.45) G (e/c = 0.55) Poutre

Etalement d [cm] 30 41.5 trop raide

Rapport sur le béton frais – Groupe N°11 11/16

Remarque :

Le béton présentant un rapport e/c = 0.45 était de consistance trop plastique pour le test

d’étalement. Un ajout de 0.6% de plastifiant a été nécessaire pour le fluidifier. On obtient finalement

la valeur d = 30cm qui s’interprète par la consistance la plus plastique du tableau.

Le béton présentant un rapport e/c = 0.55 est de consistance molle.

On constate que plus le rapport e/c diminue, plus la consistance du béton se plastifie.

Le flow-test est optimum pour les bétons de consistance fluide. Pour les bétons raides, on préférera

le slump-test.

Rapport sur le béton frais – Groupe N°11 12/16

7. FABRICATION D’UN ELEMENT EN BETON ARME

But

L’objectif de cette partie du TP a été de participer à l’exécution d’une poutre armée et de l’utiliser

une fois durcie pour l’essai de flexion simple par paliers jusqu’à la rupture lors du TP béton durci.

Méthode

Il s’agit de fabriquer deux poutres de dimension de 220 cm de longueur, 12 cm de large et 18 cm de

haut. Le squelette d’armature a déjà été monté avant le TP par le personnel du labo et se composent

de l’armature inférieure (armature principale) de 2Ø12 mm, d’armature supérieure 2Ø8 mm d’étriers

Ø6 espacés de 15 cm. L’acier d’armature est S500 avec fsy=460 N/mm2. Le béton utilisé est le béton

nommé B 35/25 avec un diamètre maximal de granulats de 15 mm et un dosage en ciment CEM I

42.5 de 375 kg/m3. Les composants pour un volume de 110 l ont été préparés aussi à l’avance et

permettent d’avoir suffisamment de béton pour réaliser les deux poutres.

Coffrage et l’armature de la poutre, source : protocole donné

Travail

· Préparer le béton, le mettre en place dans le coffrage et vibrer à l’aide de vibrateur. Talocher

la surface supérieure de la poutre et la protéger de la dessiccation par une feuille en

plastique.

· Faire l’essai de slump et d’étalement du béton de la poutrelle.

· Prendre un échantillon cylindre standardisée 16/32 pour contrôle de qualité du béton.

Résultats de l’essai de slump et d’étalement du béton

Pour la poutre, nous utilisons un béton qui a un e/c = 0.5. Pour l’essai slump, nous avons obtenus un

affaissement du cône de 0.4 cm. Pour l’essai d’étalement nous l’avons pas fait, car le béton utilisé

pour les poutres est trop raide pour une mesure d’étalement.

Rapport sur le béton frais – Groupe N°11 13/16

8. MESURE DE LA TENEUR EN AIR (AÉROMÈTRE)

Description du travail effectué :

Nous mesurons la teneur en air de notre gâchée grâce à un aéromètre.

Cette valeur nous renseignera sur la compacité du mélange, et donc sur la présence excessive ou non

de pores de compactage, qui pourrait nuire à la résistance future de notre béton ainsi que sa

durabilité.

La méthode est simple et est basée sur la compressibilité de l’air contenu dans le béton frais. On met

en relation un volume de béton connu et un volume d’air déterminé, et la valeur de la pression

résultante nous renseigne sur le volume d’air présent, grâce à la loi de Boyle-Mariotte qui relie la

pression et le volume d’un gaz à température constante.

Résultats :

Teneur en air : 1.68% soit 10% de la quantité d’eau.

Masse volumique : 2380 kg/m3

Discussion des résultats :

D’abord, on peut savoir grâce au tableau qui exprime la teneur en air maximale en fonction du

diamètre maximal Dmax des granulats, si notre béton est correct, c’est-à-dire s’il contient de l’air

occlus ou si la composition granulométrique est bonne. Le Dmax de notre béton est de 16 mm, la

teneur en air maximale varie donc entre 2.5 et 2 % . Or la teneur en air mesurée n’est que de 1.68%,

notre béton ne présente donc pas de défauts de compacité ou de granulométrie.

Sa masse volumique apparente qui est tout à fait normale semble confirmer ce résultat.

Rapport sur le béton frais – Groupe N°11 14/16

QUESTIONS

Question 1 : Parmi les granulats roulés et concassés, lesquels sont plus favorables à l’ouvrabilité du béton ? Expliquer pourquoi.

Il s’agit des granulats roulés, en effet, les granulats concassés ont une surface spécifique plus grande

que les granulats roulés et donc un besoin en eau supérieur. Ainsi, l’ouvrabilité d’un béton constitué

de granulats concassés est inférieure à celle d’un béton composé de granulats roulés.

Question 2 : Pourquoi doit-on utiliser des granulats propres dans la fabrication du béton ?

Il est nécessaire d’utiliser des granulats propres car une propreté insuffisante entrainerait une

diminution de la qualité du béton. En effet, la présence de matière nuisible altère la prise et le

durcissement ainsi que la résistance au cycle gel/dégel. On peut citer pour exemple l’argile qui est

une impureté rependu et qui aspire l’eau et altère donc la prise.

Question 3 : Quelles sont les formes de granulats à éviter dans la fabrication des bétons ? Quelles caractéristiques du béton frais ou durci sont directement influencées par ces formes ?

Il faut éviter les granulats anguleux qui augmente le besoin en eau (et donc diminuent l’ouvrabilité).

Question 4 : Comment varie le dosage en ciment en fonction du Dmax ? Expliquer pourquoi.

Le dosage en ciment diminue lorsque la taille des grains augmente. Cela pour une raison simple, nous

devons conserver un rapport E/C constant or la quantité d’eau nécessaire pour hydrater la surface

autour des grains diminue d’autant plus que la taille des grains augmentent. Et donc pour conserver

le rapport E/C la quantité de ciment doit être réduite.

Question 5 : Laquelle des deux courbes de référence A et B de la norme SIA 162 contient-elle plus d’éléments fins? Quelle est la conséquence sur la rhéologie du béton frais ?

La courbe B contient plus d’éléments fins. En effet, nous constatons que la courbe B est légèrement

au-dessus de la courbe A, et par conséquent elle contient un pourcentage plus élevé pour une

dimension d quelconque de grains.

Le fait d’avoir un béton proche de la courbe B, implique un pourcentage plus élevé des éléments fins.

Et par conséquence un béton beaucoup plus compact avec moins de vides (pores). La surface

spécifique des grains devient aussi plus importante, et donc le besoin en eau pour hydrater toute

cette surface augmente aussi. Ce béton, caractérisé par plus d’éléments fins est moins ouvrable et

nécessite la vibration lors de la mise en place.

Question 6 : Comparer les valeurs de consistance obtenues par les deux méthodes de mesure utilisées. Ces deux méthodes donnent-elles des résultats équivalents ?

Nous avons obtenu pour l’ensemble des mesures effectuées des bétons de consistance plastique,

voir ferme. Pour certains béton, très ferme, le flow test ne peut même pas être réalisé.

En effet, le flow test est réservé pour des bétons auto plaçant ou très ouvrables. Et le Slump test,

pour des bétons plus plastique.

Cependant, le résultat des tests sont identiques lorsque nous avons pu les réaliser. Cela signifie que

ces tests donnent une bonne appréciation de la consistance du béton.

Rapport sur le béton frais – Groupe N°11 15/16

Pour les valeurs du groupe 12, cependant. Ils ont obtenu un affaissement de 0 cm. Et un étalement

(pour le flow test) de 41.5 cm, ce qui correspond a une consistance molle.

On peut donc douter de la réalité de la mesure du Slump Test.

Question 7 : Représenter graphiquement la variation de la consistance en fonction du rapport E/C. Commenter.

La valeur du groupe 12 pour le béton au rapport e/c de 0.55 semble étrange. Il semble s’agir d’une

erreur de lecture.

On remarque que plus le rapport eau sur ciment (e/c en masse) augmente, plus la consistance du

béton tend vers un béton fluide (affaissement supérieur à 14 cm).

Question 8 : Quels sont les critères qui déterminent le choix du Dmax du béton pour la fabrication de la poutrelle ? Le diamètre choisi (Dmax=15 mm) répond-t-il à ces exigences ?

Le diamètre maximum du granulat doit être inférieur à l’enrobage et à l’espacement entre

armatures. Le Dmax choisi répond à ces exigences.

Question 9 : Comparer les masses volumiques apparentes théoriques à celles mesurées par le pycnomètre. S’il y a une différence, à quoi peut-elle être attribuée, et quelles en sont les

conséquences ?

Mesure théorique :

La masse de notre béton présentant un rapport e/c de 0.55 se décompose comme suit :

Ciment C : 375 kg/m3

Eau E : 168.75 kg/m3

Granulats : 1858.3 kg/m3

Total: 2402.05 kg/m3

Le volume de 1m3 de béton se décompose comme suit :

Ciment c : 120.97 l/m3

Eau e : 168.75 l/m3

Granulats g : 693.405 l/m3

Air : 16.875 l/m3

Total : 1000 l

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Slu

mp

(en

cm

)

Rapport e/c du béton sans super-plastifiant [-]

Slump (en cm)

Rapport sur le béton frais – Groupe N°11 16/16

Mesure pycnomètre :

Poids total : 6.508 kg

Tare : 1.418 kg

Volume : 2099 cm3

Masse béton : 5.09 kg

Masse volumique mesurée : 2424 kg/m3

Différence entre masse volumique théorique et masse volumique mesurée :

2424 – 2402.05 = 21.95 kg/m3

Seuls les volumes de l’eau et du ciment sont exacts. En revanche, les volumes des granulats et de l’air

sont une estimation. Si le béton est vibré, son volume d’air se voit diminué. La masse volumique du

béton est alors augmentée.

La masse et le volume des granulats sont basés sur des moyennes. Il est donc possible d’obtenir des

bétons présentant des spécificités identiques avec des masses volumiques différentes.

Question 10 : Calculer les valeurs théoriques de la teneur en air et la masse volumique apparente du béton de la poutrelle. Comparer ces valeurs aux valeurs réelles mesurées avec l’aéromètre.

Commenter.

Pour calculer la valeur théorique de la teneur en air, nous avions estimé que celle-ci correspondait à

10% du volume d’eau de départ. Dans notre cas, cette estimation nous amène à une teneur en air de

16.8L par mètre cube, soit 1.68%.

On remarque que la valeur théorique est la même que la teneur effective de 1.68% mesurée

(Alléluia!). En réalité cette valeur est une approximation qui nous permet néanmoins d’effectuer la

granulométrie efficacement.

Le calcul de la masse volumique théorique est simple, pour 1 mètre cube de béton, nous avons

calculé une masse totale de 2402 kg, soit une masse volumique théorique de 2402 kg/m³ .

La valeur mesurée de 2380 kg/m3 est très semblable à la valeur théorique de 2402 kg/ m³ puisque le

taux d’erreur n’est que de 1%. Cette similitude ne peut être expliquée que par le respect des

quantités précises de composants lors de la confection de notre béton, le léger écart étant

éventuellement causé par l’imprécision de l’estimation du volume d’air qui sera à l’intérieur de notre

béton frais.

Remercîments :

Nous tenons à remercier le personnel du laboratoire de matériaux qui nous ont suivi avec

enthousiasme et motivation pendant les deux TP de béton et qui ont en plus de nous transmettre le

savoir nous ont permis de passer des moments agréables en rigolant.

Sources - Cours Matériaux GC 2014-2015, epfl

- Donnée-protocole pour le béton frais, epfl

- SIA 162

- Photos prises par les personnes du groupe N°11 et google image

03.06.2015

Groupe11_rapport_maconnerie.docx

Laboratoire de matériaux de construction

ESSAIS SUR MACONNERIE

Groupe 11

Etudiants : Clement Sintes, Ludovic Sogno, Mouaad Souadi, Louis Stauber, Julien Thiriot, Hamza Tijani, Aleksandar Trifunovic et Gabriel Tschanz

Section : génie-civil

Table des matières

1. INTRODUCTION .............................................................................. 2

2. POROSITÉ DES MATÉRIAUX .................................................................. 2

3. GÂCHAGE DU MORTIER : ...................................................................... 4

4. CONSTRUCTION DES MURETS : ............................................................. 4

5. ESSAIS SUR BRIQUES .......................................................................... 5

6. ESSAIS SUR MORTIERS ........................................................................ 6

7. ESSAI DE RÉSISTANCE À LA COMPRESSION SUR MURETS ........................ 8

8. CONCLUSIONS .................................................................................... 9

Rapport sur la maçonnerie– Groupe N°11 2/9

1. INTRODUCTION

Ce rapport présente les résultats des essais effectué sur le béton frais lors de travaux pratiques

effectués 22.05.2015.

L’objectif de ce TP est de prendre connaissance des propriétés physiques et mécaniques des

plusieurs types de maçonneries à travers divers essais. Nous avons testé 4 types différents de

briques ; les briques en Terre Cuite (TC), les briques en Silico-Calcaire et les briques en béton

cellulaire. Nous avons de plus, réalisé du mortier de 2 manières différentes, une fois avec un sac de

mortier « prêt à l’emploi » de la marque Fixit et une fois en réalisant notre propre mortier. Nous

avons aussi, fait des tests de résistances pour la résistance de ces mortiers et la résistance de petits

murets avec ces différents mortiers.

2. POROSITÉ DES MATÉRIAUX

A-Travail effectué

La porosité des matériaux est une donnée importante qui influence directement les performances

mécaniques et physiques des matériaux. Afin de réaliser ce test, nous avons réalisé un essai de

capillarité. La capillarité est un phénomène physique dû à la tension de surface qui provoque une

remontée d’eau à l’intérieur des pores connectés du matériau.

Ce test nous permet ensuite, de calculer la porosité du matériau.

Protocole :

- Mesurer la section de chacune des briques testées

- Mesurer la masse sèche de l’échantillon

- Immerger une partie de l’échantillon dans 5 mm d’eau

- Attendre 2 heures (idéalement ce test dure 24 heures)

- Mesurer la hauteur d’eau

- Mesurer la masse humide de l’échantillon.

B-Résultats :

Rapport sur la maçonnerie– Groupe N°11 3/9

Formules utilisées :

Δ m = masse sèche – masse humide

Volume des pores = Δm/ρeau = Δm/10-6 (ρeau = 10

-6 kg/mm3)

Volume de la section saturée = Surface * Hauteur d’eau

C-Interprétations :

On remarque que la capillarité n’est pas identique pour tous les matériaux. Elle varie grandement

(entre 20 mm de hauteur pour le béton à 100 mm pour la Terre Cuite). En effet, la capillarité est

inversement proportionnelle au diamètre des pores.

Ainsi, on peut en déduire, que les Terres Cuites ont un diamètre moyen des pores inférieur à celui du

béton.

De plus, on remarque que la porosité varie aussi grandement (de 13% pour les briques en silico

calcaire à 46% pour les briques en béton cellulaire). Cela, s’explique par la quantité et le diamètre des

pores. En effet, le béton cellulaire possède beaucoup de gros pores, alors que les briques en Silico

Calcaire possèdent des pores beaucoup plus fines et en plus faible quantité.

Remarque :

Il convient ici de remarquer que nous parlons ici uniquement des pores connectés. En effet, l’eau

peut monter par capillarité uniquement dans les pores connectés. Les pores non connectés, quant à

eux, restent vides.

Rapport sur la maçonnerie– Groupe N°11 4/9

3. GÂCHAGE DU MORTIER :

Nous avons réalisé le gâchage de deux types de mortiers, l’un bâtard et l’autre prêt à l’emploi. Tous

deux possédant le même rapport e/c.

Voici leur composition :

Nous remarquons que le mortier prêt à l’emploi (fixit) est très simple de fabrication. En effet, il suffit

de rajouter de l’eau à la préparation anhydre et de mélanger. Nous lui avons ajouté 800 g d’eau

avant que la consistance ne soit optimale, bien onctueuse.

Pour le même rapport d’eau, le mortier bâtard est beaucoup plus rêche et sec, sa consistance

laissant à désirer. D’ou l’ajout d’hydroxyle méthyl cellulose qui est un agent épaississant censé

améliorer sa consistance. De la bélite et la chaux sont ajoutés au mélange classique ciment-eau-

sable afin d’améliorer la résistance mécanique du mortier.

En matière de masse volumique, celle ci est très proche, avec un peu plus de légèreté pour le fixit

grâce à sa texture bien mousseuse.

Au niveau de l’étalement c’est le fixit qui est le plus ouvrable, facilitant sa mise en œuvre.

En conclusion, de la fabrication à l’utilisation, c’est le mortier prêt à l’emploi qui présente le plus

d’avantages grâce a sa simplicité de préparation.

4. CONSTRUCTION DES MURETS :

Grace au mortier fabriqué précédemment, nous allons lie des briques afin de fabriquer deux petits

murets. L’un des murets sera fait de briques en terre cuite et l’autre de briques sillico-calcaire.

L’épaisseur de liant entre les briques est d’environ 1 cm.

Au niveau de l’exécution, il faut être attentif à l’alignement des briques sur le plan vertical du muret.

Pour se faire on peut utiliser un niveau à bulle ou un fil a plomb. On peut réaligner une brique en la

tapant au marteau sans la casser bien sûr.

L’alignement horizontal est vérifié dans la construction a l’aide d’un fil qui est rehausse au cours de

l’avancement du bâtiment.

Rapport sur la maçonnerie– Groupe N°11 5/9

5. ESSAIS SUR BRIQUES

A-Travail effectué

L’objectif de cette partie est de contrôler la qualité de la brique par l’essai de compression uniaxiale

jusqu’à la charge de rupture.

.

Schéma de l’essai de compression de la brique. Source: Protocole donné

On obtient la contrainte de rupture du matériau par la relation suivante :

fb = Frupture / S

avec S = surface nominale de la brique

Lors de cette TP, nous avons fait un essai sur la brique silico-calcaire et un essai sur la brique en terre

cuite.

B- Résultats obtenus :

Tableau avec les résultats d’essais

La brique en terre cuite a été sollicité de façon qu’elle se fragilise en entier, tandis que l’essai sur la

brique silico-calcaire est arrêté dès le commencement de la fissuration transversale.

C- Observations :

On remarque une résistance supérieure de la brique en terre cuite. Ceci est logique, car la

brique en terre cuite est moins poreuse, que la brique silico calcaire qui se compose de

chaux, sable et de l’eau. Ainsi, avec une granulométrie bien supérieure permettant une

porosité supérieure, donc sa résistance est inférieure.

De ce fait, la brique silico-calcaire présente des meilleures caractéristiques thermiques et

acoustiques, mais plus faible résistance mécanique que la brique en terre cuite.

Type de brique Silico Calcaire K Terre Cuite BDifférence

(B/K-1)

Section

nominale [cm²]362.5 375 3.4%

Charge de

rupture [kN]819.2 1123.6 37.2%

Résistance

fck,cube

[N/mm²]

22.6 30.0 32.6%

Rapport sur la maçonnerie– Groupe N°11 6/9

6. ESSAIS SUR MORTIERS

A-Travail effectué

Dans cette partie nous testons la qualité des mortiers. Pour ce faire nous utilisons les

éprouvettes normalisées de 4/4/16 cm qui sont d'abord soumises à l'essai de flexion, puis

l'on récupère chaque demi prisme pour les essais de compression.

Nous avions à disposition 2 éprouvettes de mortier Bâtard et 3 éprouvettes de mortier Fixit.

Chacun d’eux a d’abord été utilisé pour l’essai de flexion 3 points, divisant l’échantillon en

deux où les deux parties rompues par flexions sont utilisées ensuite pour l’essai de

compression.

La contrainte de rupture par flexion est obtenue par la formule suivante :

M étant le moment flexionnel dû à la charge ponctuelle à mi-distance entre appuis, M = FL/4

W étant le moment statique de la section, W = bh²/6

Pour l’essai de flexion, la rupture intervient lorsque la fibre inférieure dépasse sa résistance

à la traction. Cet essai nous permet de déduire donc la résistance à la traction assez

facilement.

La contrainte de rupture par compression est obtenue par :

Fc étant la force de compression appliqué

b2

étant la surface d’application de la charge de compression, qui est identique à la surface

transversale de l’élément.

Rapport sur la maçonnerie– Groupe N°11 7/9

Pour l’essai de compression la machine arrête le chargement des que l’éprouvette

commence à se déformer plus rapidement. Donc, l’essai n’est pas erroné par le frettage, car

on ne charge pas l’éprouvette jusqu’à l’écrasement.

Pour l’éprouvette normalisée on a donc :

W = bh²/6 = 40 · 40² / 6 = 10666.67 [mm³]

b2

= 40 · 40 = 1600 [mm²]

B-Résultats

C-Discussion

On remarque que dans ce cas là, le mortier Bâtard, le mortier traditionnel (mélange de

sable, ciment et d’eau) qui a été fait par nos camarades avant ces essais environ 3 semaines,

a une meilleure résistance à la compression et à la flexion que le mortier Prêt à l’emploi Fixit.

Les deux types de mortier ont le même rapport e/c.

En effet, le mortier prêt à l’emploi (Fixit) a une résistance plus faible dans ce cas, mais il est

très rapidement préparé, car il suffit de rajouter seulement de l’eau dans le mélange du sac

du fabriquant. De plus, la faible différence de résistance ne peut avoir aucun avantage sur

l’ouvrage construit en maçonnerie, car si le mortier est au « minimum correct », c’est

toujours la brique qui déterminera sa résistance mécanique.

Mortier Bâtard

Résistance à la flexion

Charge de rupture F [kN]

Résistance Rfl [N/mm²]

Résistance à la compression

Charge de rupture F [kN] 36.84 37.22 37.57 35.05

Résistance fm [N/mm²] 23.0 23.3 23.5 21.9

3 Moyenne

2.327

5.5

36.67

22.9

1 2

2.347

5.5

2.307

5.4

Mortier Prêt à l'emploi (Fixit)

Résistance à la flexion

Charge de rupture F [kN]

Résistance Rfl [N/mm²]

Résistance à la compression

Charge de rupture F [kN] 36.52 36.92 34.42 32.99 37.38 *

Résistance fm [N/mm²] 22.8 23.1 21.5 20.6 23.4 *

* résultat éliminé; mauvaise face chargée

35.65

22.0

Moyenne

2.083 2.004 2.148 2.078

4.9 4.7 5.0 4.9

1 2 3

Rapport sur la maçonnerie– Groupe N°11 8/9

7. ESSAI DE RÉSISTANCE À LA COMPRESSION SUR MURETS

A- Résultats des essais et remarques sur le déroulement des essais

Remarque : La résistance à la compression du muret en terre cuite élaboré avec le mortier

bâtard est faible. Les briques n’étaient pas alignées verticalement.

B-Commentaire et remarques personnelles sur le déroulement des essais :

Pour les deux types de mortier : - Les murets de briques silico calcaires se fendent simplement lors de la rupture et

projettent peu d’éclats.

- Les murets de briques en terre cuite ont tendance à éclater lors de la rupture et

projettent des éclats.

- Les joints de mortier doivent être d’épaisseur constante pour éviter d’une part une

concentration de charge et d’autre part un mauvais alignement des briques

verticalement ce qui entraîne de la flexion lorsque le muret est soumis à de la

compression.

- Une bonne construction des murets semble être déterminante pour une bonne

résistance à la compression.

Comparaison des valeurs mesurées avec les valeurs théoriques définies par la formule § 4.1 :

Remarque : Les valeurs de résistance à la compression des différents murets sont toujours

inférieures aux valeurs de résistance à la compression de leurs briques

respectives.

Rapport sur la maçonnerie– Groupe N°11 9/9

8. CONCLUSIONS

Remarque et commentaires critiques sur les essais effectués et les résultats obtenus :

- La qualité de mise en œuvre des murets diffère d’un groupe à l’autre. Le défaut

principal étant la verticalité et l’horizontalité du muret. Les résultats obtenus

diffèrent donc également.

- La résistance du mortier a peu d’importance en comparaison de la résistance des

briques.

- L’utilisation de mortier bâtard ou prêt à l’emploi ne présente pas de différence pour

la résistance des murets.

- La résistance d’un mur en maçonnerie est plus petite que la résistance des matériaux

qui le composent. On ne peut donc pas uniquement se baser sur la résistance des

matériaux. Il faut aussi tester un bout de mur assemblé, normalement 1m² au min.

Définir les défauts principaux que l’on trouve dans la maçonnerie et donner quelques règles de base pour les éviter :

- Mauvais alignement des briques : Alignement des briques à l’aide d’une ficelle

- Epaisseur des joints : L’épaisseur des joints doit être environ de 1cm

- Fissuration : Prévoir des joints de dilatation chaque 25m de mur environ.

Prendre en considération la différence de dilatation entre la

maçonnerie et le béton. Aussi faire des joints sous les fenêtres.

- Constituants : L’eau utilisée pour l’élaboration du mortier doit être limpide,

incolore et inodore. Le choix du mortier doit être adapté au

type de maçonnerie. La consistance du mortier doit être

optimale. Les briques doivent être propres afin de permettre

une bonne liaison entre le mortier et elles mêmes.

Sources - Cours Matériaux GC 2014-2015, epfl

- Donnée-protocole pour maçonnerie, epfl