NIVERSITE D’ANTANANARIVO U ECOLE SUPERIEURE …

Polytechnique, Premier Partenaire, des professionnels

Département : Science des Matériaux et Métallurgie

Option : Science et Ingénierie des Matériaux

Mémoire de fin d’études pour l’obtention

du diplôme d’ingénieur matériaux

Présenté par :

RANDRIAMANANA Judicaël

Date de soutenance : 19 janvier 2015

─ Promotion 2013 ─

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

D’ANTANANARIVO

Polytechnique, Premier Partenaire,

des professionnels

Département : Science des Matériaux et Métallurgie

Option : Science et Ingénierie des Matériaux

Mémoire de fin d’études pour l’obtention

du diplôme d’ingénieur matériaux

Présenté par :

RANDRIAMANANA Judicaël

Membres de Jury :

Président : ANDRIANARY Philippe, Professeur Titulaire

Rapporteur de Mémoire : RANAIVONIARIVO Gabriely, Professeur Titulaire

Examinateurs :

Docteur RANDRIANARIVELO Fréderic

Docteur RAKOTOMALALA Zolimboahangy

Docteur RATSIMBAZAFY Hery Mikaela

Monsieur RAZAFINJATOVO Charles

─ Promotion 2013 ─

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

D’ANTANANARIVO

REMERCIEMENTS

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A I

REMERCIEMENTS

D’abord, nous tenons à exprimer, nos vifs remerciements à DIEU TOUT PUISSANT,

pour sa bénédiction qui nous a encouragées à terminer ce travail de mémoire.

Louange à Toi Seigneur Jésus !

Ensuite, il ne serait possible d’aboutir à cette fin sans le concours de plusieurs

personnes à qui nous aimerions adresser notre profonde gratitude et nos vifs remerciements :

Au Professeur titulaire ANDRIANARY Philippe, Directeur de notre Ecole Supérieur

Polytechnique d’Antananarivo, pour l’honneur qu’il nous a fait de présider cette

soutenance de mémoire.

Au Docteur RANDRIANARIVELO Fréderic, Chef du Département Sciences des

Matériaux et de Métallurgie à notre Ecole.

Au Professeur RANAIVONIARIVO Gabriely, professeur titulaire et responsable

scientifique de la formation doctorale au Département S. M. M. à notre Ecole,

Encadreur de notre mémoire de fin d’étude, qui n’a pas ménagé son temps et ses

efforts pour nous aider à mettre à terme ce travail.

Au Docteur RAKOTOMALALA Zolimboahangy, Enseignant-chercheur à notre

Ecole, d’avoir accepté d’être parmi les membres de Jury.

Au Docteur RATSIMBAZAFY Hery Mikaela, Enseignant-chercheur à notre Ecole,

d’avoir accepté et de participer au jury de ce travail.

Au Monsieur RAZAFINJATOVO Charles, Enseignant-chercheur à notre Ecole,

d’avoir accepté et de participer au jury de ce travail.

Aux responsables du Laboratoire National des Travaux Publics et du Bâtiment ainsi

que toutes ses équipes, pour leurs aides et conseils ;

Mes sincères reconnaissances s’adressent aussi à ma femme, à mes deux enfants et à mes

parents qui nous ont soutenus moralement et financièrement durant tous mes travaux.

En particulier, nous adressons nos sincères remerciements à Monsieur RAKOTOZAFY

Jean Perlin, Ingénieur Telecom et Consultant en informatique, PDG de la Société m-ITe

(Madagascar IT Engineering), pour tous les aides qu’il m’a donné dans la conception et

réalisation de l’application.

Enfin, nos remerciements s’adressent aussi à tous ce qui ont, de près ou de loin, contribué

à l’élaboration de ce présent mémoire.

LISTE DES ABREVIATIONS

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A II


A : affaissement

Adj : adjuvant

Ad : Addition

AFNOR : Association Française des normalisations

AP : coefficient d’aplatissement

B 10FS : Béton à 10 % de Fumée de Silice.

BAEL : Béton Armé aux Etats Limites

BAP : Béton AutoPlaçant

BCP : Bétons à Composition Prescrite

BCPN : Bétons à Composition Prescrite dans une Norme

BPS : Bétons à Propriétés Spécifiées

BHP : Béton Haute Performance

BTHP : Béton Très Haute Performance

BUHP : Béton Ultra Haute Performance

BétonCalc : Béton calcul

c : compacité

C : dosage en ciment

CEN : Comité européen de normalisation

CSS : Cascading Style Sheets

CCTP : Cahier des Clauses Techniques et Particulières (document contractuel)

d : diamètre

Dmax : diamètre maximal des grains

d/D : Classe granulaire

E.S.P.A : Ecole Supérieur Polytechnique d’Antananarivo.

E : eau

ES : Equivalent de Sable

FCE : Classe vrai du ciment

FS : fumée de silice

Gr1, Gr2 et Gr3 : Gravillons de carrière d’Ambatomaro

h : Hauteur

HTML : Hyper Text Markup Language

ISO : Organisation internationale de normalisation


RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A III

j : âge du béton confectionné [jours]

Kv : Coefficient

Kb : coefficient granulaire de BOLOMEY

L : liant équivalent

LA : coefficient Los-Angeles

LNTPB : Laboratoire National des Travaux Publics et du Bâtiment

m-ITe : Madagascar IT Engineering

Madj : Masse en extrait sec d’adjuvant

MA : Module d’alumine

MC : Module de chaux

MDE : coefficient Micro-Deval

M.E.A.N. : Mongodb Express.js Angular.js Node.js

Mf : Module de finesse

Mod : Module du diamètre d’ouverture des tamis.

M.O. : Maitre d’ouvrage

MS : Module de silice

p : proportion d’ajout minéral par rapport à la masse de ciment [%]

PDG : Président Directeur Générale

Rb : résistance à la compression

Rbj : résistance à la compression aux jième jours.

SSB : Surface Spécifique Blaine

Sc : Sable de carrière

Sr : Sable de rivière

S.M.M : Science des Matériaux et Métallurgie

S.A.A.S : Software As A Service (Logiciel en tant que service)

Va : volume d’air

Vf : volume des fines

Vpl : Volume de la pâte liante.

ρ : densité apparente

γ: masse spécifique

ΔR : densité réelle du béton

ΔT : densité théorique du béton

LISTE DES TABLEAUX

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A IV

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Les constituants essentiels du Clinker ..................................................................... 6

Tableau 2 : Nomenclatures et notations abrégées usuelles ........................................................ 7

Tableau 3 : Les cinq types de ciments courants ....................................................................... 12

Tableau 4 : Classes de résistance des ciments .......................................................................... 13

Tableau 5 : Composition des ciments selon NF EN 197-1 ...................................................... 14

Tableau 6 : Exemple de composition de ciment (en% massique) ............................................ 15

Tableau 7 : Terminologie selon l’ancienne et la nouvelle norme. ........................................... 22

Tableau 8 : Définition avec exemples des termes « sable », « gravillon » et « grave ». .......... 23

Tableau 9 : Tolérances applicables à la granularité ................................................................. 23

Tableau 10 : Valeur limites et tolérances pour la granularité des gravillons au moyen d’un

tamis intermédiaire. .................................................................................................................. 24

Tableau 11: Classes granulaires usuelles ................................................................................. 27

Tableau 12 : Teneurs en farines recommandées en fonction de Dmax. ..................................... 28

Tableau 13: Série de base préconisée par CEN (NF EN 933-2) .............................................. 29

Tableau 14: Relation entre la forme des grains et leurs propriétés .......................................... 30

Tableau 15: Classification des granulats dans la pratique ........................................................ 32

Tableau 16: Composition de l’eau totale .................................................................................. 33

Tableau 17: Types d’adjuvants avec leurs abréviations et effets principaux selon ................. 35

Tableau 18: Classification et effets des additions .................................................................... 38

Tableau 19 : Classification du béton léger selon la masse volumique ..................................... 40

Tableau 20 : Classification de résistance à la compression pour les bétons de masse

volumique normale et les bétons lourds. .................................................................................. 41

Tableau 21 : Classification de résistance à la compression pour les bétons légers. ................. 42

Tableau 22 : Classe de consistance des bétons ........................................................................ 42

Tableau 23 : Classes de chlorures à respecter en fonction de l’utilisation du béton ................ 43

Tableau 24 : Classe d’exposition des bétons selon la norme NF EN 206-1 ............................ 45

Tableau 25: Répartition des responsabilités en fonction du mode de spécification du béton

selon SN EN 206-1 ................................................................................................................... 46

Tableau 26 : Valeurs optimales d'après Abrams du module de finesse des compositions

granulaires des bétons courants: ............................................................................................... 51

Tableau 27 : Les causes du retrait des bétons .......................................................................... 56

Tableau 28: Dosage en eau et en air suivant la consistance ..................................................... 65

LISTE DES TABLEAUX

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A V

Tableau 29: Coefficients multiplicateurs en fonction de D...................................................... 66

Tableau 30: Valeur estimées de Kb .......................................................................................... 66

Tableau 31: Les valeurs estimées de FCE ................................................................................. 66

Tableau 32: Les coordonnées de la courbe de référence .......................................................... 67

Tableau 33: Valeur du coefficient k applicable à la fumée de Silice substituée à un .......... 68

Tableau 34: Tableau du à BARON à partir des résultats de BOLOMEY et FAURY donnant

les volumes absolus des fines en fonction de D ....................................................................... 70

Tableau 35 : Dosage en eau et volume d’air ............................................................................ 70

Tableau 36 : Coefficients multiplicateurs ................................................................................ 71

Tableau 37 : Valeurs estimées de Kb ....................................................................................... 71

Tableau 38 : Valeurs estimées de FCE ..................................................................................... 71

Tableau 39 : Données sur la courbe de référence ..................................................................... 72

Tableau 40 : Règles BAEL pour les bétons non traités thermiquement [w18] ....................... 90

Tableau 41 : Caractéristiques du béton obtenu par l’essai 1. ................................................... 92

Tableau 42 : Densité du béton à l’état frais et durci de l’essai 1 .............................................. 92

Tableau 43 : Résultats après écrasement des éprouvettes en fonction de l’âge du béton. ....... 93

Tableau 44 : Caractéristiques du béton obtenu par l’essai 2. ................................................... 94

Tableau 45 : Densité du béton à l’état frais et durci de l’essai 2 .............................................. 95

Tableau 46 : Résultats après écrasement des éprouvettes en fonction de l’âge du béton. ....... 95

LISTE DES FIGURES

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A VI

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Engins lourds à l’œuvre dans une carrière ................................................................. 9

Figure 2 : Moulin à meules (Réduire en farine le mélange des matières premières) ................. 9

Figure 3 : Un four rotatif (cœur de la cimenterie) .................................................................... 10

Figure 4 : Broyeur à boulets (Broyer le clinker avec le gypse et les constituants principaux) 11

Figure 5 : Résumé du procédé de fabrication de ciments ........................................................ 11

Figure 6 : Principe de fonctionnement de perméabilimètre de Blaine. .................................... 20

Figure 7 : Chaleur d’hydratation des ciments CEM I de différentes classes de résistance,

mesurée selon SN EN 196-9 .................................................................................................... 21

Figure 8 : Exigences normales concernant la granularité des sables ....................................... 24

Figure 9 : Exemple de gravillon ou gravier à granularité restreinte (16/32) ............................ 25

Figure 10 : Exemple de gravillon ou gravier à granularité étendue (4/31,5) ........................... 25

Figure 11 : Grave (0/16) : Les valeurs limites absolues selon SN EN 12620 sont indiquées en

bleu alors que le fuseau conseillé est marqué en rouge. ........................................................... 26

Figure 12 : Grave (0/31,5) : Les valeurs limites absolues selon SN EN 12620 sont indiquées

en bleu alors que le fuseau conseillé est marqué en rouge ....................................................... 26

Figure 13 : Exemple de granularité discontinue ....................................................................... 27

Figure 14 : Mélange inapproprié avec excès de granulats grossiers. ....................................... 30

Figure 15 : Mélange optimal Figure 16 : Mélange inapproprié ............................... 30

Figure 17 : Lavage et triage des granulats ................................................................................ 32

Figure 18 : Eau potable utilisée pour le gâchage. .................................................................... 34

Figure 19 : La différence entre béton et mortier ...................................................................... 39

Figure 20 : Exemple de Désignation d’un BPS conforme à la norme NF EN 206-1 : ............ 47

Figure 21 : Mesure de l’indice de serrage ................................................................................ 49

Figure 22 : Mesure de l’étalement ............................................................................................ 49

Figure 23 : Mesure de l’affaissement ....................................................................................... 49

Figure 24 : Nid de gravier dû à une hauteur de chute trop grande et/ou à une armature ......... 57

Figure 25 : Effet sur l’aspect du béton de remontées d’eau le long du coffrage ...................... 58

Figure 26 : L’eau excédentaire remonte à la surface du béton (ressuage) ............................... 58

Figure 27 : Surface ≪marbrée≫ résultant d’une micro ségrégation entre les fines et la pâte de

ciment ....................................................................................................................................... 58

Figure 28 : Le « Cloud » .......................................................................................................... 75

LISTE DES FIGURES

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A VII

Figure 29 : Cycle de calcul de « BétonCalc » .......................................................................... 79

Figure 30 : Page d’accueil de « BétonCalc » sur Ordinateur ................................................... 80

Figure 31 : Page d’accueil de « BétonCalc » sur Mobile ......................................................... 80

Figure 32 : Formulaire d’inscription de « BétonCalc » ........................................................... 81

Figure 33 : Page de bienvenue avec nom de l’utilisateur en haut à droite. .............................. 81

Figure 34 : Bouton « Nouveau projet » de « BétonCalc » ....................................................... 82

Figure 35 : Bouton « effectuer un calcul » de « BétonCalc » .................................................. 82

Figure 36 : Page de calcul de « BétonCalc » sur ordinateur. ................................................... 83

Figure 37 : Page de calcul de « BétonCalc » sur Mobile. ........................................................ 83

Figure 38 : Choix du nombre de granulats de « BétonCalc » .................................................. 84

Figure 39 : Choix du type de méthode avancée de « BétonCalc » ........................................... 84

Figure 40 : Données nécessaires avant de continuer de « BétonCalc » ................................... 85

Figure 41 : Tracé des courbes granulométriques et de la courbe de référence

sur « BétonCalc » ..................................................................................................................... 86

Figure 42 : Légende dynamique de « BétonCalc » ................................................................. 86

Figure 43 : Bouton suivant de « BétonCalc » .......................................................................... 87

Figure 44 : Page de résultats (B 10FS) de « BétonCalc » ........................................................ 88

Figure 45 : Enregistrement du projet dans la base de données (List des projets existants) ..... 89

Figure 46 : Impression des résultats sur imprimante ou sur PDF de « BétonCalc » ................ 89

Figure 47 : Tracé des courbes granulométriques donné par « BétonCalc » ............................. 91

Figure 48 : Dosages en masse de chaque constituant donné par « BétonCalc » ...................... 92

Figure 49 : Tracé des courbes granulométriques donné par « BétoCalc » ............................... 94

Figure 50 : Tableau des dosages en masse de chaque constituant donné par « BétonCalc » .. 94

SOMMAIRE

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A VIII

LISTE DES ANNEXES

Annexe I : Analyse granulométrique ........................................................................................ B

Annexe II : Les différentes résultats d’analyses granulométriques ........................................... D

Annexe III :Résistance en compression d’un béton en fonction de son âge .............................. E

Annexe IV : Mesure de la propreté des sables (l'essai d'équivalent de sable) ........................... F

Annexe V : Extrait de code dans le service (cœur de l’application) AngularJS de

« BétonCalc ». ........................................................................................................................... G

SOMMAIRE

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A IX

SOMMAIRE

REMERCIEMENTS .............................................................................................................................................. I

LISTE DES ABREVIATIONS ................................................................................................................................. II

LISTE DES TABLEAUX ....................................................................................................................................... IV

LISTE DES FIGURES .......................................................................................................................................... VI

LISTE DES ANNEXES ....................................................................................................................................... VIII

SOMMAIRE ..................................................................................................................................................... IX

INTRODUCTION GENERALE .............................................................................................................................. 1

PARTIE I : GENERALITES ET ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES .................................................................................. 4

CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES CONSTITUANTS DU BETON. ................................................................. 5

I.1. LES CIMENTS ................................................................................................................................................. 5

I.2. LES GRANULATS POUR BETON ......................................................................................................................... 22

I.3. L’EAU DE GACHAGE ...................................................................................................................................... 33

I.4. LES ADJUVANTS ........................................................................................................................................... 34

I.5. LES ADDITIONS ............................................................................................................................................ 36

CHAPITRE II : LE BETON. .......................................................................................................................... 39

II.1. GENERALITES ......................................................................................................................................... 39

II.2. CLASSIFICATION ...................................................................................................................................... 39

II.3. CARACTERISTIQUES PRINCIPALES DU BETON FRAIS .......................................................................................... 48

II.4. METHODES DE COMPOSITIONS DU BETON .................................................................................................... 50

II.5. DEFORMATION DES BETONS ...................................................................................................................... 55

PARTIE II : ELABORATION DE L’APPLICATION WEB POUR LA FORMULATION DU BETON PAR

LA METHODE BARON-OLIVIER ............................................................................................................ 60

CHAPITRE III : LA METHODE BARON-OLIVIER. .......................................................................................... 61

III.1. METHODE DE BASE .................................................................................................................................. 61

III.2. METHODE AVANCEE DE BARON ................................................................................................................. 67

CHAPITRE IV : LA REALISATION DE L’APPLICATION WEB. .......................................................................... 74

IV.1. PRESENTATION DE L’APPLICATION............................................................................................................... 74

IV.2. FONCTIONNEMENT DE L’APPLICATION ......................................................................................................... 77

IV.3. FIABILITE DE L’APPLICATION ....................................................................................................................... 90

CONCLUSION GENERALE ................................................................................................................................ 96

SOMMAIRE

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A X

BIBLIOGRAPHIE .............................................................................................................................................. 98

WEBOGRAPHIE ............................................................................................................................................. 101

ANNEXES .......................................................................................................................................................... A

ANNEXE I : ANALYSE GRANULOMETRIQUE .................................................................................................................... B

ANNEXE II : LES DIFFERENTES RESULTATS D’ANALYSES GRANULOMETRIQUES ....................................................................... D

ANNEXE III :RESISTANCE EN COMPRESSION D’UN BETON EN FONCTION DE SON AGE ............................................................. E

ANNEXE IV : MESURE DE LA PROPRETE DES SABLES (L'ESSAI D'EQUIVALENT DE SABLE) ........................................................... F

ANNEXE V : EXTRAIT DE CODE DANS LE SERVICE (CŒUR DE L’APPLICATION) ANGULARJS DE « BETONCALC ». ........................... G

INTRODUCTION GENERALE

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A 1




Le matériau béton est irremplaçable dans le domaine de la construction, pour des

raisons économiques et techniques. Le compromis trouvé entre résistance mécanique,

économie, esthétique et facilité de mise en œuvre, offre à ce matériau la première place dans

la construction au niveau mondial. Au niveau régional et national le béton est le matériau de

construction utilisé par excellence au sein de tous les chantiers, aussi bien dans les secteurs du

bâtiment que ceux des travaux publics ; il n’y a pas de substitut économique et performant qui

possède les mêmes qualités. La résistance à la compression projette généralement une image

globale de la qualité d’un béton puisqu’elle est directement liée à la structure de la pâte du

ciment hydraté. De plus, la résistance du béton est presque invariablement l’élément clé lors

de la conception des structures en béton et de l’établissement des spécifications de

conformité.

Les méthodes de calcul de la composition du béton sont nombreuses et il n’existe pas

de méthode qui soit universellement reconnue comme étant la meilleure. Mais, une méthode

de composition du béton pourra être considérée comme satisfaisante si elle permet de réaliser

un béton répondant aux quatre exigences suivantes :

le béton doit présenter, après durcissement, une certaine résistance,

le béton frais doit pouvoir facilement être mise en œuvre (ouvrabilité),

le béton doit présenter un faible retrait et un fluage peu important,

le coût du béton doit rester le plus bas possible.

Le but est donc d’avoir une formulation qui permet d’atteindre les meilleures

caractéristiques possibles du béton. Grâces aux recherches, nos connaissances sur la

technologie du béton se sont considérablement accrues et l’utilisation d’un moyen de calcul

le plus rapide et facilement accessible s’avère indispensable. C’est pour cette raison que nous

avons opté pour notre thème de mémoire :

« Élaboration d’une application Web - BETONCALC pour la formulation du

béton - Utilisation de la méthode Baron-Olivier »

En réalisant notre mémoire, nous voulons essayer d’atteindre les objectifs suivants :

Donner des informations :

sur les constituants du béton ;

sur leur fabrication ;

sur leurs principales caractéristiques à l’état frais et durci ;

sur les causes de leurs altérations.

Simplifier la formulation du béton par l’informatisation.



profiter de l’évolution de la technologie web pour gagner du temps.

Alors, notre travail se divise en deux grandes parties :

La première partie est consacrée à l’étude des généralités et des rappels

bibliographiques sur le béton et ses constituants. Nous mettrons en évidence dans

cette partie que les caractéristiques mécaniques du béton dépendent des propriétés

et de la composition de ses constituants.

Dans la deuxième partie, nous exposons en détails la méthode Baron-Olivier et

l’élaboration de l’application web de calcul inspirée de cette méthode. Notre

travail sera terminé par l’assurance de la fiabilité de l’application.

GENERALITES ET ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES Généralités sur les constituants du béton


PARTIE I : GENERALITES ET ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES



CHAPITRE I : Généralités sur les constituants du béton.

I.1. Les ciments

[w1], [w2], [w3], [w4], [1], [3], [4], [8]

I.1.1. Définition

Etymologiquement, le ciment vient du latin « Caementum » qui signifie pierre non

taillée. C’est un liant hydraulique, une matière pulvérulente, formant avec l’eau ou avec une

solution saline une pâte homogène et plastique, capable d’agglomérer, en durcissant, des

substances variées appelées agrégat ou granulat. La pâte de ciment durci est pourvue d’une

résistance mécanique élevée et elle ne se dissout plus dans l’eau. Il désigne également aussi,

dans un sens plus large, tout matériau interposé entre deux corps durs pour les lier.

Les ciments doivent répondre aux exigences des normes SN EN 196 (Méthodes

d’essai des ciments) et SN EN 197-1(Composition, spécifications et critères de conformité des

ciments courants). L’évaluation de la conformité des ciments aux normes précitées est réglée

par la norme SN EN 197-2 (Evaluation de la conformité).

I.1.2. Historique

Dans l’Antiquité déjà, les Romains utilisaient un mortier hydraulique compose d’une

chaux siliceuse additionnée de pouzzolanes ou de brique pilée. En y ajoutant des granulats

appropries, ils obtenaient l’Opus Caementitium ou ≪ciment romain≫ considéré comme le

précurseur de notre béton et qui est à l’origine du mot ≪ciment ≫.

En 1824, l’Anglais J. Aspdin élabora et breveta un produit proche du ciment obtenu

par cuisson d’un mélange finement broyé de calcaire et d’argile. Ce liant permettait de

confectionner un béton comparable à la pierre de Portland, une pierre calcaire très résistante

extraite des carrières de l’île de Portland qui est couramment utilisée dans la construction en

Angleterre. C’est pour cette raison qu’on l’appelle ≪ciment Portland≫.

I.1.3. Les constituants du ciment

Comme on a dit précédemment, le ciment a des différents constituants qui présentent

l’une ou plusieurs des propriétés suivantes :

La propriété hydraulique : par réaction avec l’eau, les différents constituants se

transforment en des composés hydratés stables et très peu soluble dans l’eau ;

Les propriétés pouzzolaniques : à température ordinaire et en présence de l’eau, ils

se combinent avec la chaux pour donner des composés hydratés stables ;

Les propriétés physiques : ils ont la capacité d’accroître la maniabilité et la

compacité du ciment.

http://fr.wiktionary.org/wiki/pulv%C3%A9rulent

http://fr.wikipedia.org/wiki/P%C3%A2te

http://fr.wikipedia.org/wiki/Homog%C3%A9n%C3%A9it%C3%A9_(mat%C3%A9riau)

http://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9formation_plastique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Agr%C3%A9gat_(mat%C3%A9riau)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Granulat

http://www.techno-science.net/glossaire-definition/SENS.html



I.1.1. Le clinker

C’est le principal constituant du ciment. Le clinker est un produit obtenu par la cuisson

jusqu’à la fusion partielle d’un mélange soigneusement dosé de calcaire et d’argile ou d’autres

constituants contenant de SiO2, Al2O3 et Fe2O3, comme la bauxite. Cette cuisson donne

principalement des silicates et des aluminates de calcium.

Le clinker est composé essentiellement des : C3S, C2S, C3A, C4AF, C2F, C2AS et C

(CaO libre). Le tableau suivant résume la notation des ciments et les termes techniques :

Tableau 1 : Les constituants essentiels du Clinker

Noms Notation du cimentier Notation chimique

alite C3S 3CaO, SiO2

bélite C2S 2CaO, SiO2

célite C3A 3CaO, Al2O3

aluminoferrite C4AF 4CaO, Al2O3, Fe2O3

ferrobicalcique C2F 2CaO, Fe2O3

aluminosilicate C2AS 2CaO, Al2O3, SiO2

Chaux libre non

combinée

C (libre) CaO (libre)

Dans le cas d’un excès de chaux, la chaux libre non combinée CaO est le constituant

qui n’a pas participé à la formation des silicates et des aluminates. Sa composition dépend à la

fois de celle du mélange cru, et surtout, de la mode de cuisson.

Pour faciliter l’écriture, les cimentiers utilisent des notations abrégées que nous allons

vu dans le tableau ci-dessus. Et pour bien familiariser avec cette notation, on va les récapitulé

par le tableau suivant :



Tableau 2 : Nomenclatures et notations abrégées usuelles

Nomenclatures usuelles Notations abrégées Formules chimiques

Chaux C CaO

Silice S SiO2

Alumine A Al2O3

Oxyde de fer F Fe2O3

Eau H H2O

Dioxyde de carbone C CO2

Trioxyde de soufre S SO3

Sulfate anhydre de calcium CS CaSO4 (ou CaO, SO3)

Sulfate de calcium (gypse) CSH2 CaSO4, 2H2O

Chaux hydratée CH Ca(OH)2 (ou CaO, H2O)

Oxyde de magnésium (magnésie) M MgO

Kaolinite AS2H2 Al2O3, 2SiO2, 2H2O

Calcaire (carbonate de calcium) CC CaCO3 (ou CaO, CO2)

Carboaluminate tricalcique hydraté C4C AH12 3CaO, Al2O3, CaCO3, 12H2O

I.1.2. Les constituants principaux autres que clinker :

Ils entrent dans la composition d’un ciment pour une teneur > 5%.

a) Le laitier de haut fourneau(S)

Le laitier de haut fourneau est un matériau hydraulique latent, c’est-à-dire qui présente des

propriétés hydrauliques lorsqu’ il a subi une activation convenable. Il est obtenu par

refroidissement rapide de la gangue en fusion de minerai de fer dans le haut fourneau.

b) La pouzzolane naturelle (P) et la pouzzolane calcinée (Q)

Ce sont des produit volcaniques naturels ou par traitement thermique, composés

essentiellement de silicates SiO2, et d’alumines Al2O3 et d’oxydes de fer Fe2O3.

c) Les cendres volantes siliceuses(V) et calciques(W)

Ce sont des particules pulvérulentes produites par les gaz des chaudières des centrales

thermiques fonctionnant avec du charbon pulvérisé.



d) Les schistes calcinés(T)

Les schistes calcinés sont obtenus par la calcination des schistes calcaire dans un four

spécial à une température d’environ 800°C. Ils contiennent des phases du clinker,

principalement du silicate bi-calcique et de l’aluminate mono-calcique, de même que de

petites quantités de chaux libres (CaO) et de sulfate de calcium, ainsi que des quantités plus

importantes d’oxydes particulièrement (SiO2). Ils sont employés en cimenterie pour leurs

propriétés à la fois pouzzolanique et hydraulique lorsqu’ils sont finement broyés.

e) Les calcaires(L) ou (LL)

Les calcaires sont obtenus par broyage fin de roche naturelle présentant une teneur en

carbonate de calcium supérieur ou égal à 75%. Ils ne présentent pas de propriétés

pouzzolanique et hydraulique ; ils servent à améliorer la maniabilité de la pâte de ciment.

f) La fumée de silice(D)

Ce sont des particules très fines, environ 100fois plus petite que la finesse de ciment

(d≈1µm), contenant de très haute teneur en silice amorphe et provenant de la réduction de

quartz par le charbon dans les fours.

I.1.3. Régulateurs de prise et additifs

a) Le sulfate de calcium

C’est du gypse (CaSO4, 2H2O) ou de plâtre (CaSO4,1

2 H2O) ajouté au clinker (moins de

5% en poids) pour régulariser la prise du ciment.

b) Les additifs

Les additifs sont des constituants qui ne figurent pas dans ceux énumérés ci-dessus

mais ce sont d’autres produits qui sont ajoutés au mélange pour améliorer la fabrication ou

certaines propriétés du ciment. La qualité totale des additifs n’excède pas à 1% et la

proportion des additifs organique ne peut pas dépasser 0,5%.

I.1.4. Procédé de fabrication du ciment :

La fabrication du ciment est énergivore, et la production du clinker son principal

constituant, est responsable d’approximativement 5% des émissions de gaz à effet de

serre(GES) anthropiques, responsables du réchauffement climatique planétaire.

La fabrication du ciment Portland consiste à préparer un mélange de matières

premières de granulométrie définie, à le cuire jusqu’au seuil de fusion et à broyer le produit de

http://fr.wikipedia.org/wiki/Clinker

http://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_%C3%A0_effet_de_serre

http://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_%C3%A0_effet_de_serre

http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9chauffement_climatique



cette cuisson en une poudre fine et réactive : le ciment. Globalement, on distingue quatre

étapes dans la fabrication du ciment.

I.1.4.1. Extraction et concassage des matières premières

Pour produire une tonne de ciment, il faut compter une tonne et demie de matières

premières (calcaire « 75 à 80 % » et argile « 20 à 25 % ») qui libéreront à la cuisson de l’eau

et du gaz carbonique. Dans la carrière même la matière première est déjà concassée en

morceaux de la grosseur du poing.

Figure 1 : Engins lourds à l’œuvre dans une carrière

I.1.4.2. Mélange et réduction en farine crue

Lors de l’étape suivante, les différentes matières premières sont mélangées dans des

proportions correspondant à la composition chimique optimum. Le moulin à meules, permet

simultanément de réduire la matière en poudre fine et de la sécher. A la sortie, on obtient la

farine crue, qui va être mélangée dans des silos d’homogénéisation pour garantir une

composition uniforme.

Figure 2 : Moulin à meules (Réduire en farine le mélange des matières premières)

I.1.4.3. Transformation de la farine crue en clinker

Le processus de cuisson, à une température d’environ 1450 °C, est l’opération principale

de la fabrication du ciment. Avant de pénétrer dans le four rotatif, la farine crue passe dans les



cyclones des échangeurs de chaleur ou elle est préchauffée à 1000 °C environ. A la sortie du

four, la matière se présente sous forme de clinker incandescent avant d’être rapidement

refroidie à l’air. On utilise comme combustible du charbon, de l’huile lourde ou du gaz naturel

et, de manière de plus en plus importante, des combustibles de substitution tels que les pneus

usagés ou les boues d’épuration séchées.

Figure 3 : Un four rotatif (cœur de la cimenterie)

I.1.4.4. Mouture du clinker, du gypse et d’autres constituants principaux

Pour obtenir un matériau réactif approprié, le clinker est moulu dans une unité de broyage

avec une petite quantité de gypse, 4% à 5%, qui fera office de régulateur de prise. La finesse

de la mouture influence considérablement la montée en résistance du ciment. Suivant le type

de ciment à produire, on incorpore d’autres constituants principaux (comme calcaire, schiste

calciné, fumée de silice, laitier de haut-fourneau, cendres volantes) au clinker lors de la

mouture. On obtient ainsi des ciments Portland composés et des ciments de haut-fourneau. On

peut aussi mélanger les ciments et les autres constituants principaux préalablement moulus

dans une installation de mélange pour obtenir des ciments à propriétés particulières. Les

constituants sont alors mélangés intensivement jusqu’à ce que le produit soit parfaitement

homogène. L’avantage de cette méthode est sa souplesse: elle permet en effet de produire à

flux tendus des quantités variables de ciments à la carte, répondant aux exigences spécifiques

des utilisateurs.



Figure 4 : Broyeur à boulets (Broyer le clinker avec le gypse et les constituants principaux)

La figure ci-dessous récapitule le procédé de fabrication de ciment.

Figure 5 : Résumé du procédé de fabrication de ciments



I.1.5. Normalisation et classification des ciments

La « NORME », c’est l’ensemble des règles conventionnelles utilisées pour spécifier

et caractériser la qualité et la régularité d’un produit.

Les normes établies pour l’utilisation des ciments peuvent être propre à un pays ou

adopté par un ensemble de pays. Par exemple, les pays membres de l’Union Européenne

utilisent les normes EN 197-1 et EN 197-2 dans le domaine des ciments, et les normes

ASTM C 150 et ASTM C 595 pour les Américains. A Madagascar, les normes utilisées par les laboratoires de contrôle sont celles publiées

par l’AFNOR. Mais dans le cadre de la normalisation, la direction du bureau des normes de

Madagascar a fait sortir des normes en juillet 2005 qui ont été révisées en 2009, et après les

normes avec les amendements sont sorties en janvier 2010.

Les normes malagasy de ciment sont :

NM 031-1 : ciment à usage courant ;

NM O31-2 : évaluation de la conformité ;

NM O32-1 : liants à maçonner ;

NM 032-2 : ciments pour travaux près de bord de mer ;

NM 032-3 : ciments à usage tropical.

Ces normes s’inspirent grandement de la norme européenne EN 197-1 et EN 197-2.

I.1.6. Types de ciments et classification

Les ciments courants sont subdivisés en cinq types principaux, dans la norme EN 197-1.

On les récapitule par le tableau suivant :

Tableau 3 : Les cinq types de ciments courants

Types Désignation

Ciments Portland CEM I

Ciments Portland composés CEM II/A ou B

Ciments de haut fourneau CEM III/A, B ou C

Ciments pouzzolaniques CEM IV/A ou B

Ciments composés CEM V/A ou B



I.1.6.1. Classe de résistance

La classification suivant les résistances mécaniques, plus exactement la résistance à la

compression simple, est un mode de classification des ciments très fréquemment utilisé.

Selon la norme européenne NF EN 197-1, les ciments sont repartis en 3 classes :

32.5, 42.5 et 52.5. Ces trois classes sont définies par la valeur minimale garantie de la

résistance normale du ciment à 28 jours. La résistance normale d’un ciment est la résistance à

la compression simple du mortier normal conformément à la norme NF EN 1996-1 et

exprimée en MPa.

Chaque classe de résistance normale est subdivisée en deux sous classes de résistance

à court terme: l’une désignée par la lettre N, caractérisée par une montée en résistance

normale, et l’autre désignée par la lettre R, caractérisée par une montée en résistance rapide.

Tableau 4 : Classes de résistance des ciments

Classe de

résistance

Résistances à la compression [1]

[MPa]

Temps de début

de prise [2]

[min]

Résistance à

court terme

Résistance

courante

2 jours 7 jours 28 jours

32,5 N − ≥ 16,0 ≥ 32,5 ≤ 52,5 ≥ 75

32,5 R ≥ 10,0 −

42,5 N ≥ 10,0 − ≥ 42,5 ≤ 62,5 ≥ 60

42,5 R ≥ 20,0 − 52,5 N ≥ 20,0 −

≥ 52,5 − ≥ 45 52,5 R ≥ 30,0 −

[1] : Essai selon SN EN196-1 [2] : Essai selon SN EN196-3

I.1.6.2. Les ciments de la norme NF EN 197-1

La norme distingue vingt-sept produits dans la famille des ciments dits courants et les

repartit dans cinq catégories désignées par les sigles CEM I à CEM V.



Tableau 5 : Composition des ciments selon NF EN 197-1

(1) : les valeurs indiquées se référent à la somme des constituants principaux et secondaires ;

(2) : Signification des lettres :

· Les lettres A, B et C indiquent la quantité de constituants principaux autres que le

Clinker :

-A indique que cette quantité est faible ;

-B lorsque cette quantité est beaucoup plus grande ;

-C lorsque cette quantité est importante.



La lettre M sert à signaler qu’on a au moins deux constituants principaux dans la

composition du ciment.

Les caractères S (laitier de haut fourneau), D (fumée de silice), P (pouzzolane

naturelle), Q (pouzzolane naturel calciné), V (cendre volante siliceuse), W (cendre

volante calcique), T (schiste calciné), L et LL (calcaire).

(3) : la proportion de fumée de silice est limitée à 10 % ;

(4) : présence de plusieurs constituants principaux de différentes proportions ;

(5) : les constituants principaux utilisés doivent figurer dans la désignation du ciment,

symbole entre parenthèse ( ) ;

(6) : le laitier de haut fourneau est le seule principal ajout pour ce type de ciment ;

(7) : les principaux ajouts sont de la fumée de silice, la pouzzolane naturelle et des cendres

volantes.

I.1.7. Caractéristiques du ciment

I.1.7.1. Caractéristiques chimiques et minéralogiques

a) Composition chimique élémentaire

Elle renseigne sur les différents éléments chimiques présents dans le ciment. Les

éléments sont déterminés sous forme d’oxyde et pour quelques exceptions sous forme d’ion.

On distingue :

Les éléments principaux : CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3

Les éléments secondaires : MgO, Na2O, K2O, SO3, Cl¯, F¯…

Plusieurs auteurs donnent des compositions chimiques types de ciments Portland, nous

pouvons citer R.H. Bogue et Papadakis.

Tableau 6 : Exemple de composition de ciment (en% massique)

Auteur CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 PF

Bogue 63 23 4 3.5 2 2 2

Papadakis 65 22 5.5 3 1.5 2 0.7

b) Hydraulicité

C’est une grandeur qui permet d’évaluer les caractères hydrauliques d’un liant. Elle est

définie par l’indice d’hydraulicité i :



𝒊 =𝑺𝒊𝑶𝟐 + 𝑨𝒍𝟐𝑶𝟑 + 𝑭𝒆𝟐𝑶𝟑

𝑪𝒂𝑶 + 𝑴𝒈𝑶

c) Chaux de saturation

C’est la quantité maximale de chaux susceptible d’être fixé par les constituants acides

(SiO2, Al2O3, Fe2O3) présents dans le mélange étudié. Deux cas peuvent se présenter :

Si le mélange est riche en Al2O3 ( 𝐴𝑙2𝑂3

𝐹𝑒2𝑂3> 0,638 ), on utilisera la formule :

o 𝑪𝒂𝑶𝒔𝒂𝒕 = 𝟐, 𝟖 𝑺𝒊𝑶𝟐 + 𝟏, 𝟔𝟓𝑨𝒍𝟐𝑶𝟑 + 𝟎, 𝟑𝟓𝑭𝒆𝟐𝑶𝟑

Si le mélange est riche en Fe2O3 ( 𝐴𝑙2𝑂3

𝐹𝑒2𝑂3< 0,638 ), on utilisera la formule :

o 𝑪𝒂𝑶𝒔𝒂𝒕 = 𝟐, 𝟖 𝑺𝒊𝑶𝟐 + 𝟏, 𝟏𝑨𝒍𝟐𝑶𝟑 + 𝟎, 𝟕𝑭𝒆𝟐𝑶𝟑

SiO2, Al2O3, Fe2O3 sont les pourcentages massiques obtenus avec la composition

chimique élémentaire.

d) Module de chaux (MC)

C’est le rapport, exprimé en pourcentage, de la teneur en chaux du mélange (farine

crue, clinker ou ciment) sur la chaux de saturation.

𝑴𝑪 =𝑪𝒂𝑶

𝑪𝒂𝑶𝒔𝒂𝒕× 𝟏𝟎𝟎 Avec : 92 ≤ 𝑀𝐶 ≤ 105

e) Module de silice (MS)

C’est le rapport entre la quantité de silice et celle de la somme d’Al2O3 et Fe2O3 dans le

mélange. Cette valeur renseigne sur les quantités potentielles de silicates et d’aluminates

contenus dans le ciment ou le clinker.

𝑴𝑺 =𝑺𝒊𝑶𝟐

𝑨𝒍𝟐𝑶𝟑+𝑭𝒆𝟐𝑶𝟑 Avec : 1,8 ≤ 𝑀𝑆 ≤ 3,4

f) Module d’alumine (MA)

Cette grandeur renseigne sur l’aptitude du mélange à la cuisson (Fe2O3 étant un

fondant) c’est-à-dire plus le MA est faible, le mélange sera facile à cuire et plutôt se

présentera la première goutte de la phase liquide.

𝑴𝑨 =𝑨𝒍𝟐𝑶𝟑

𝑭𝒆𝟐𝑶𝟑 Avec : 1,2 ≤ 𝑀𝐴 ≤ 2,5



g) Chaux libre

C’est la quantité de chaux qui ne s’est pas combinée avec les constituants acides et qui

se trouve donc sous forme libre dans le mélange.

Si la fabrication du ciment peut être considérée comme impeccable, la quantité de

chaux libre peut être exprimée théoriquement par la relation :

𝑪𝒂𝑶𝒍 = 𝑪𝒂𝑶 − 𝑪𝒂𝑶𝒔𝒂𝒕

Dans le cas contraire, le calcul de la chaux libre est celle de la chaux combinée déduite

de la chaux totale :

𝑪𝒂𝑶𝒍 = 𝑪𝒂𝑶 − 𝑪𝒂𝑶𝒄𝒐𝒎𝒃

Dans tous les cas, la proportion de chaux libre doit être déterminée

expérimentalement.

I.1.7.2. Formule de BOGUE – Composition minéralogique

Les principaux constituants minéralogiques du ciment ou du clinker sont par ordre

d’apparition :

C4AF, C3A, C2F, C2S et C3S.

D’autre part, le ciment ou le clinker contient toujours de la chaux libre car la cuisson

n’est jamais parfaite. Les systèmes d’équations établies par BOGUE permettent d’établir la

composition minéralogique du ciment ou du clinker. L’ensemble de ces équations appelé

formule de Bogue vérifie le principe de combinaison de la chaux avec les constituants acides.

L’application de la formule de BOGUE considère trois cas possibles de mélange :

a) Cas d’un mélange normal

Si : MC ≤ 100 et MA > 0,638

La Formule de Bogue s’écrit :

C4AF = 3,04 Fe2O3

C3A = 2,65 Al2O3 – 1,69 Fe2O3

C3S = 4,07 CaO – 7,61 SiO2 – 6,72 Al2O3 – 1,43 Fe2O3

C2S = 2,87 SiO2 – 0,75 C3S

Théoriquement, la chaux libre CaOl n’existe pas dans ce cas.

b) Cas d’un mélange sursaturé en chaux

Si : MC > 100 et MA > 0,638



Comme MC > 100, il y a donc de la chaux libre non combinée. L’excès de chaux

transforme les oxydants.

La formule de Bogue s’écrit :

C4AF = 3,04 Fe2O3

C3A = 2,65 Al2O3 - 1,69 Fe2O3

C3S = 3,8 SiO2

CaOl = CaO - CaOsat

c) Cas d’un mélange trop riche en Fe2O3

Si : MA ≤ 0,638 et MC ≤ 100

Tout Al2O3 est transformé en C4AF avec une partie de Fe2O3, le reste de Fe2O3 sera

transformé en C2F.

La formule de Bogue s’écrit :

C4AF = 4,77 Al2O3

C2F = 1,70 Fe2O3 - 2,67 Al2O3

C3S = 4,07 CaO - 7,61 SiO2 - 4,48 Al2O3 - 2,86 Fe2O3

C2S = 2,87 SiO2 - 0,75 C3S

I.1.7.3. Caractéristiques physiques et mécaniques

a) Masses volumiques

Masse volumique apparente ρ

Elle représente la masse de la poudre par unité de volume, vide entre les grains inclus et

est exprimée en kg/m3. Elle est aussi appelée poids au litre pour les cimentiers.

𝝆 = 𝒎

𝑽𝒂𝒑𝒑

Selon la nature des ciments, elle varie de 700 à 1200 kg/m3.

Masse volumique absolue ou masse spécifique γ

Elle représente la masse de la poudre par unité de volume, vide entre les grains exclus.

𝜸 = 𝒎

𝑽𝒂𝒃𝒔

Selon le type des ciments, elle est comprise entre 2800 et 5000 kg/m3.



b) La prise (NF EN 196-3)

Dès que le ciment anhydre a été mélangé avec l’eau, l’hydratation commence et les

propriétés de la pâte ainsi obtenue sont évolutives dans le temps. Tant que cette hydratation

n’est pas trop avancée la pâte reste plus ou moins malléable, ce qui permet de lui faire épouser

par moulage la forme désirée. Mais au bout d’un certain temps, les cristaux d’hydrates

prenant de plus en plus d’importance, le mélange a changé de viscosité et se raidit, on dit qu’il

fait prise.

Le phénomène de prise du ciment est lié à de nombreux paramètres tels:

la nature du ciment,

la finesse de mouture du ciment; plus son broyage a été poussé, plus le temps

de prise est court,

la température; alors qu'à zéro degré la prise est stoppée, plus la température ambiante

est élevée plus la prise est rapide, pour un ciment donné le début de prise sera de

18 heures à 2 ºC, de 5 heures à 10 ºC, de 3h 30 à 20 ºC et de 30 min à 35 ºC

la présence de matières organiques dans l'eau ou dans l'un des autres constituants du

béton qui ralenti la prise,

l'excès d'eau de gâchage qui a, entre autres inconvénients, une action retardatrice sur

la prise

c) Expansion (NF EN 196-3)

C’est un phénomène qui se passe au cours de la prise et le durcissement du ciment par

une augmentation de volume due à un excès de sulfate de chaux ou de magnésie. La mesure

de l’expansion permet de s’assurer de la stabilité du ciment, l’expansion ne doit pas dépasser

10mm sur pâte pur pour tous les types de ciment.

d) Retrait (NF P 433)

C’est une diminution de volume ou de longueur qui se passe pendant le durcissement

et qui est due à un départ d’une partie de l’eau de gâchage. La mesure est effectuée sur

éprouvette prismatique 4*4*16cm de « mortier normal ». Donc, c’est le phénomène inverse

de l’expansion.

e) Eau de consistance normale (NF EN 196-1)

Elle caractérise la quantité d’eau utile pour obtenir une consistance normale pour un

mortier normal.



f) Finesse de mouture (NF EN 196-6)

Cette surface est caractérisée par la surface spécifique développée totale de tous les

grains contenus dans un gramme de ciment. Elle s’exprime en cm2/g, et dans les cas courants,

elle est de l’ordre de 3000 à 3500cm2/g.

L’appareil utilisé pour déterminer la finesse de mouture de ciment est appelé

« Permeabilimètre de Blaine». Le fonctionnement de cet appareil est schématisé sur la figure

ci-dessous.

Figure 6 : Principe de fonctionnement de perméabilimètre de Blaine.

g) Couleur

La couleur varie avec la composition chimique des matières premières

(particulièrement avec la teneur en oxyde de fer) et aussi avec la nature des combustibles

utilisés pour la fabrication du clinker.

Généralement, elle est grise à cause des cendres des combustibles solides utilisés.

Mais il existe une gamme de colorie, et en particulier les ciments blancs obtenus par

l’utilisation de matières premières très pures et de combustibles fluides.



h) Chaleur d’hydratation

Le mélange du ciment avec de l’eau déclenche une réaction chimique: l’hydratation du

ciment. Cette réaction dégage une grande quantité de chaleur, la chaleur d’hydratation,

entraine le durcissement progressif de la pâte de ciment et, par conséquent, du béton.

Le phénomène de prise du ciment dépend de différents paramètres, en particulier:

la finesse de mouture: plus le ciment est broyé fin, plus la chaleur

d'hydratation est élevée

la nature des constituants: les ciments CPA comportant presque exclusivement

du clinker dégagent plus de chaleur que des ciments avec constituants

secondaires

la nature minéralogique du clinker: plus les teneurs en aluminate tricalcique

(C3A) et silicate tricalcique (C3A et C3S) sont élevées, plus la chaleur

d'hydratation est forte

la température extérieure.

La figure (fig. 7) ci-dessous affleure les courbes, chaleur d’hydratation des ciments en

fonction du temps de prise.

Figure 7 : Chaleur d’hydratation des ciments CEM I de différentes classes de résistance,

mesurée selon SN EN 196-9

i) Résistance à la compression

Les résistances mécaniques des ciments sont déterminées par les essais sur mortier dit

"normal", à 28 jours d'âges en traction et en compression des éprouvettes 4 x 4 x 16 cm. La

résistance du mortier est alors considérée comme significative de la résistance du ciment. Elle

dépend de la classe de ciment et est exprimée en Mpa.

Le mortier utilisé est réalisé conformément à la norme EN 196-1. Le sable utilisé est

un sable appelé "sable normalisé CEN EN 196-1". Pour chaque type de ciment, il existe



effectivement plusieurs classes de résistances pour lesquelles les fabricants garantissent des

valeurs minimales et maximales.

I.2. Les granulats pour béton

[3], [4], [5], [6], [w2], [w3]

I.2.1. Terminologie suivant les normes

Le tableau suivant donne un aperçu de la terminologie selon l’ancienne norme SIA 162

par rapport à celle de la nouvelle norme SN EN 12620.

Tableau 7 : Terminologie selon l’ancienne et la nouvelle norme.

Ancienne terminologie (SIA 162) Nouvelle terminologie (SN EN 12620)

Granulats Granulats

Sable, sable concassé (D < 2,8 ou 4 mm) Sable (D ≤ 4 mm)

Gravier, gravillon (D > 2,8 ou 4 mm) Gravillon (D ≥ 4 mm)

Granulats recyclés Granulat recyclé

Fraction fine (D ≤ 0,02 mm) Fines (D ≤ 0,063 mm)

Fines (D ≤ 0,125 mm) Farines (D ≤ 0,125 mm)

Fraction, composante (par ex. 4/8) Classe granulaire d/D (par ex. 4/8)

Mélange de granulats, tout-venant (par ex. 0/32) Grave (par ex. 0/32)

Courbe granulométrique, courbe de tamisage Granularité

D : dimension du tamis supérieur exprimée en mm pour la classe granulaire considérée

d : dimension du tamis inférieur exprimée en mm pour la classe granulaire considérée

I.2.2. Définitions selon SN EN 12620

On désigne en général par granulats un mélange de sable et de gravier ou/et gravillon de

dimensions variables. Ce mélange, qui se compose de diverses classes granulaires, constitue

le squelette granulaire du béton et doit comporter le moins de vides possible. Par rapport à la

pâte de ciment qui les enrobe, des granulats de bonne qualité offrent les avantages suivants :

résistance mécanique plus élevée ;

meilleure durabilité ;

stabilité volumique en présence d’humidité, d’où un effet favorable sur le retrait du

béton (réduction) ;

Absorption d’une partie de la chaleur d’hydratation, d’où un effet régulateur sur le

processus de prise.



Comme l’illustre le tableau 8, on fait la distinction entre trois sortes de granulats :

le sable (naturel ou concassé),

le gravillon (en fait souvent dénommer gravier ou gravillon, selon qu’il est

naturel ou concassé),

le grave (plus couramment désignée par les termes « mélange pour

béton »ou « recomposé »).

Tableau 8 : Définition avec exemples des termes « sable », « gravillon » et « grave ».

Désignation Définition Exemples

Sable

D ≤ 4mm

et

d = 0

0/1

0/2

0/4

Gravillon

D ≥ 4mm

d ≥ 2mm

Granularité restreinte

D/d ≤ 2 ou

D ≤ 11,2mm

2/8

8/16

16/32

Granularité étendue

D/d > 2 et

D > 11,2mm

4/32

Grave

D ≤ 45 mm

Et

d = 0

0/32

I.2.2.1. Sable

Il n’existe pas d’exigences absolues concernant la granularité (courbe granulométrique).

Les fournisseurs doivent déclarer la ≪granularité type ≫ (valeur moyenne) du sable, qui doit

se situer à l’intérieur de tolérances définies et indiquées au tableau 9 et doit répondre à

certaines exigences concernant les dimensions du tamis supérieur D. (fig. 8)

Tableau 9 : Tolérances applicables à la granularité

Dimension

du tamis

[mm]

Tolérances du passant

[%masse]

0/4 0/2 0/1

4 ±5 ─ ─

2 ─ ±5 ─

1 ±20 ±20 ±5

0,250 ±20 ±25 ±25

0,063 ±3 ±5 ±5



Figure 8 : Exigences normales concernant la granularité des sables

I.2.2.2. Gravillon

Il faut faire une distinction entre les gravillons à granularité étendue et ceux à granularité

restreinte.

Les gravillons à granularité restreinte sont définis uniquement par les parts de refus et

de passant autorisées.

Les gravillons à granularité étendue sont définis par les parts de refus et de passant

autorisées ainsi que par des valeurs limites et tolérances de granularité pour un tamis

intermédiaire (Tableau 10).

Tableau 10 : Valeur limites et tolérances pour la granularité des gravillons au moyen d’un

tamis intermédiaire.

D/d

Tamis intermédiaire

[mm]

Limites générales

[% masse]

Tolérances sur la

granularité

Type déclarée

Par le fournisseur

< 4 D/1,4 25 à 70 ± 15

≥ 4 D/2 25 à 70 ± 17,5

Lorsqu’un tamis intermédiaire, d’ouverture telle qu’indiquée ci-dessus, n’est pas disponible, il

convient d’utiliser le tamis ayant l’ouverture la plus proche.



Figure 9 : Exemple de gravillon ou gravier à granularité restreinte (16/32)

Figure 10 : Exemple de gravillon ou gravier à granularité étendue (4/31,5)

I.2.2.3. Grave (mélange pour béton ou recomposé)

Un grave est un mélange de sable et de gravillon défini par une distribution appropriée

en % de la masse de ses différentes classes granulaires (composantes). Le mélange doit

respecter certaines valeurs limites fixées dans la norme (domaine indiqué en bleu à la fig. 11).

Les granularités (courbes granulométriques) ayant fait leur preuve en pratique sont

situées dans le fuseau marque en rouge à la figure ci-dessous.



Figure 11 : Grave (0/16) : Les valeurs limites absolues selon SN EN 12620 sont indiquées en

bleu alors que le fuseau conseillé est marqué en rouge.

Figure 12 : Grave (0/31,5) : Les valeurs limites absolues selon SN EN 12620 sont indiquées

en bleu alors que le fuseau conseillé est marqué en rouge

I.2.2.4. Classes granulaires des granulats

D’une manière générale les granulats sont livrés et utilisés en classes granulaires bien

définies. L’aptitude à l’utilisation de classes granulaires concassées doit être contrôlée au

moyen d’essais préliminaires systématiques et probants.

Le tableau suivant illustre les classes granulaires usuelles :



Tableau 11: Classes granulaires usuelles

Classes granulaires Désignation selon SN EN 12 620

≤ 0,063 mm

≤ 0,125 mm

Fines

Farines

Roulées (naturelles)

0 – 4 mm

4 – 8 mm

8 – 16 mm

16 – 32 mm

≥ 32 mm

Sable

Gravier

Gravier

Gravier

Gravier grossier

Sable

Gravillon

Concassées (naturelles)

0 – 4 mm

4 – 8 mm

8 – 16 mm

16 – 22 mm

≥ 22 mm

Sable concassé

Gravillon

Gravillon

Gravillon

Ballast

Sable

Gravillon

Artificiels

0 – 4 mm

≥ 4 mm

Sable de béton concassé

Granulats de béton

Sable

Gravillon

Figure 13 : Exemple de granularité discontinue

La classe granulaire 4/8 mm a une influence relativement défavorable sur l’ouvrabilité

et la demande en eau du béton, raison pour laquelle on cherche généralement à en réduire la

part dans la grave (mélange pour béton). Lorsqu’une classe granulaire fait partiellement ou

totalement défaut dans une grave, on parle de granularité ≪discontinue≫. A l’endroit de la

classe manquante, la granularité (courbe granulométrique) est caractérisée par un palier



horizontal ou légèrement incline (fig. 13). Le recours à une granularité discontinue peut être

nécessaire pour le béton pompé afin d’améliorer l’ouvrabilité et d’optimiser l’utilisation des

granulats.

I.2.3. Teneur en farines

Pour sa préparation, le sable doit en général être recomposé à partir de plusieurs

fractions comprenant du sable naturel lavé et/ou du sable concassé lavé et séché. En raison de

sa surface spécifique très élevée, qui se répercute sur la demande en eau, la classe granulaire

0/4 mm a une grande influence sur la qualité du mélange pour béton.

L’influence prépondérante est toutefois assumée par la teneur en farines (ciment,

additions et part des granulats de dimension ≤ 0,125 mm) ainsi que par la teneur en fines

(≤ 0,063 mm). Il est recommandé de respecter les valeurs de teneur en farines indiquées au

tableau 12 conformément à la norme SN EN 206-1 ; le cas échéant, ces valeurs doivent être

modifiées pour le béton pompé, le béton autocompactant et le béton apparent.

Tableau 12 : Teneurs en farines recommandées en fonction de Dmax.

Dmax [mm] 8 16 22,5 32 45 63

Teneur en farines [Kg/m3] 450 400 375 350 325 300

Remarque :

Il faut cependant veiller à ce que les fines ne contiennent pas de minéral argileux gonflant.

Une teneur optimale en farines :

accroit la quantité de film lubrifiant sans augmentation notable de la quantité d’eau de

gâchage ;

garantit une meilleure ouvrabilité du béton ;

améliore la capacité de rétention d’eau du mélange et prévient le ressuage pendant et

après la mise en place ;

empêche la ségrégation lors de la mise en place et facilite le compactage du béton ;

amélioré la compacité de la pâte de ciment et, par conséquent, l’étanchéité du béton;

améliore l’efficacité des adjuvants.

I.2.4. Caractéristiques

Les caractéristiques principales des granulats sont les suivantes :

granularité ;

pétrographie, forme et état de surface des grains ;

propreté ;



masse volumique, densité apparente en vrac (c’est-à-dire compte tenu des vides) et

taux d’humidité.

I.2.4.1. Granularité

Les exigences concernant la granularité et les principales caractéristiques des granulats

sont spécifiées dans la norme SN EN 12620 ≪Granulats pour béton≫. L’annexe nationale de

la norme SN EN 206-1 précise ces exigences en fonction des conditions auxquelles le béton

est exposé (Classes d’exposition).

La granularité influence de manière déterminante la porosité du squelette granulaire, et par

conséquent la densité du béton. Avec l’état de surface, la forme et la surface spécifique des

grains, la granularité est un facteur qui a une influence considérable sur la demande en eau et

sur l’ouvrabilité du béton.

La granularité d’un mélange pour béton ou recomposé se définit par les quantités relatives

des différentes classes granulaires. En tamisant le mélange au moyen d’une série de tamis

normalisés à mailles carrées, on obtient pour chaque classe un refus qui permet de quantifier

le volume des passants pour chaque diamètre de grain (Voir l’expérience en ANNEXE I).

Comme les classes granulaires d’un granulat présentent généralement plus ou moins toutes la

même masse volumique, il est suffisant de spécifier la granularité en pourcentage de masse.

Les tamis qui délimitent les classes granulaires (série de base et série complémentaire 1)

ainsi que la série de tamis intermédiaires qui sert à déterminer la granularité sont indiqués au

tableau 13 suivant.

Tableau 13: Série de base préconisée par CEN (NF EN 933-2)

Série de base et série complémentaire 1 pour désigner les classes granulaires

0 1 2 4 8 11,2 16 22,4 31,5 45 63

0,063 0,125 0,25 0,5 1 1,4 2 2,8 4 5,6 8 11,2 16 22,4 31,5 45 63

Série de tamis intermédiaires pour déterminer la granularité



Figure 15 : Mélange optimal Figure 16 : Mélange inapproprié

avec excès de granulats fins.

I.2.4.2. Pétrographie, forme et état de surface des grains

Un granulat poreux et trop tendre compromet la qualité du béton (norme SN 670115). La

forme des grains, en premier lieu, mais aussi leur état de surface et leur distribution

dimensionnelle influencent considérablement la demande en eau et l’ouvrabilité du béton.

L’expérience a montré qu’un mélange pour béton comprenant exclusivement des classes

granulaires de granulats concassés pouvait très bien être utilisé. La limitation des gravières

exploitables entraine un épuisement progressif des gisements de sables et de graviers naturels

roulés, raison pour laquelle le recours aux granulats concassés et recyclés sera de plus en plus

fréquent à l’ avenir. Ceci ne pose aucun problème, pour autant que le volume de pâte de

ciment soit adapté en conséquence.

Tableau 14: Relation entre la forme des grains et leurs propriétés

Granulats roules Granulats concasses

Forme sphériques aplatis/allongés cubiques aplatis/allongés

Angularité arrondis anguleux

Etat de surface lisses rugueux

Surface spécifique,

demande en eau croissante

Ouvrabilité,

aptitude au

compactage

décroissante

Figure 14 : Mélange

inapproprié avec excès de

granulats grossiers.



I.2.4.3. Propreté des granulats

Une propreté insuffisante des granulats est préjudiciable à la qualité du béton. Il en

résulte, par exemple, une altération de la prise et du durcissement ainsi qu’une diminution de

la résistance au gel.

D’après la norme NF P 18-541, les impuretés telles que le charbon, les scories, les déchets

de bois, les feuilles mortes, débris végétaux, etc., doivent avoir des pourcentages inférieurs à

0.1%.

De même les granulats doivent être exempts d’hydrocarbure, d’huiles végétales ou de

matières organiques.

Pour avoir une bonne adhérence entre le mortier et les graviers, il faut que les gravillons

soient exempts de gangue argileuse ou de poussières.

L’impureté désigne essentiellement la teneur en fine argileuse dont la valeur limite

acceptable est comprise entre 2 et 5% selon le type de béton.

Dans le cas de cailloux et gravillon, elle est donnée par le pourcentage de passant au

tamis de 0.5mm (tamisage effectué sous l’eau).

Dans le cas de sables, la propreté est fournie par l’essai d’ « équivalent de sable » ES

(Voir l’expérience en ANNEXE IV) qui consiste à séparer le sable de la partie

argileuse ou fine.

On distingue :

l’équivalent de sable visuel, dénomination ESV ;

l’équivalent de sable piston (la détermination de la surface séparant les parties

sableuses et argileuses se fait à l’aide d’un piston) ESP.

D’après la norme NF EN 933-8, on a :

un sable propre si ES ≥ 90 ;

un sable sale si ES ≤ 61.

C’est pour cette raison que les granulats doivent être lavés dans les grandes entreprises.



Figure 17 : Lavage et triage des granulats

I.2.4.4. Masse volumique, densité apparente, taux d’humidité et absorption d’eau

L’origine minéralogique et la porosité des granulats déterminent leur masse volumique

(Tableau 15), nécessaire au calcul du volume des matériaux. La densité apparente correspond

à la masse de matériau en vrac par unité de volume. Le taux d’humidité des granulats

comprend l’eau à la surface des grains et celle absorbée par ceux-ci.

Généralement, l’eau absorbée par les granulats joue un rôle négligeable pour la

production du béton, en sorte que le taux d’humidité des granulats correspond pratiquement à

leur humidité superficielle. Toutefois pour des bétons avec un rapport eau ciment E/C bas

ainsi que pour les bétons avec une résistance élevée aux cycles de gel-dégel en présence de sel

de déverglaçage, il est impératif de considérer aussi l’eau absorbée par les granulats pour la

détermination de la recette du béton. L’humidité des sables est généralement comprise entre 4

et 8% de la masse, tandis que celle des granulats plus grossiers n’excède pas les 3% de la

masse. Le taux d’humidité des granulats doit être pris en compte pour le calcul des volumes

de granulats et pour celui de l’eau de gâchage.

Tableau 15: Classification des granulats dans la pratique

Granulats Masse volumique

[Kg/m3]

Nature des granulats Exemples

Granulats

courants

≈ 2600 – 2800 Dépôts fluviaux, les basaltes,

les granites, granulats concasses

Béton arme et non arme,

produits en ciment

Granulats lourds ≥ 3000 Barytine, minerai de fer, la

magnétite, les riblons

granulats en acier

Béton de protection

contre

les radiations

Granulats légers ≤ 2000 Argile, schiste ou verre

expansé, vermiculite

pierre ponce

Béton léger, béton

isolant,

béton de pente

Granulats durs ≥ 2500 Quartz, corindon, carbure de

silicium, etc.

Revêtements durs, béton

résistant à l’abrasion



I.3. L’eau de gâchage

[3], [w2], [w3]

I.3.1. Définitions et rôles

On entend par ≪eau efficace≫ la quantité d’eau contenue dans le béton frais, qui est prise en

compte lors du calcul du rapport E/C. L’eau efficace comprend:

l’eau de gâchage

l’humidité superficielle des granulats

l’eau apportée par les adjuvants et les additions (suspension de fumée de silice

ou de pigments).

L’eau totale se compose de l’eau efficace et de l’eau absorbée par les granulats. Celle-

ci peut se révéler importante en cas de granulats poreux. Selon SN EN 206-1, l’eau absorbée

par les granulats ne doit pas être considérée pour le calcul du rapport eau/ciment. En cas

d’utilisation de granulats poreux, il est cependant nécessaire de vérifier l’effet de l’eau

absorbée sur la consistance du béton frais et le rapport E/C.

L’eau joue un rôle double dans la production du béton. D’une part, elle permet

l’hydratation du ciment et, d’autre part, elle est indispensable pour assurer l’ouvrabilité et une

mise en place correcte du béton frais.

Tableau 16: Composition de l’eau totale

Eau Totale

Humidité

superficielle

Eau porté par les

adjuvants/additions

Eau de gâchage Eau absorbé par

les Granulats

Eau efficace

I.3.2. Exigences relatives à l’eau de gâchage selon SN EN 1008

L’eau potable peut être utilisée sans contrôle comme eau de gâchage. Mais tous les autres

types d’eau comme :

Les eaux de lavage recyclées dans les centrales à béton,

Les eaux superficielles naturelles ainsi que les eaux à usage industriel,

doivent au contraire être soumises à des essais. Pour être utilisées comme eau de gâchage,

elles ne doivent pas contenir une quantité trop importante de substances nuisibles et

susceptibles d’engendrer les phénomènes suivants :

ralentissement ou suppression du processus de prise et de durcissement (par ex.

sucre et acides humiques) ;



entrainement excessif d’air impliquant une baisse de résistance du béton (par ex.

micro-organismes, huiles, graisses, suspensions, certains sels minéraux) ;

corrosion des armatures.

L’eau usée n’est pas adaptée à la fabrication de béton. Par contre, L’eau destinée au

gâchage doit être claire, incolore et inodore. Il ne doit pas se former de mousse persistante

après agitation et la teneur en sels alcalins doit rester faible dans les bétons et les mortiers. Les

impuretés de nature organique doivent être négligeables. De nombreuses substances

agressives sont moins redoutables dans l’eau de gâchage que dans l’eau qui entrera plus tard

en contact avec le béton durci. Une eau sulfatée ou riche en acide carbonique, entre autres,

peut attaquer ou détruire le béton durci de l’extérieur alors qu’elle peut tout à fait convenir

comme eau de gâchage.

Figure 18 : Eau potable utilisée pour le gâchage.

I.4. Les adjuvants

[3], [w2], [w3]

I.4.1. Définition et classification

Les adjuvants sont des substances qui peuvent, par leur action physique et/ou

chimique, changer les caractéristiques du béton. En fonction du type d’adjuvant utilisé, il est

possible d’influencer de manière ciblée les caractéristiques du béton frais (par exemples : le

temps de prise, le processus de durcissement et l’ouvrabilité), ou les caractéristiques du béton

durci (par exemples : la résistance et la durabilité).

L’emploi d’adjuvants répond à des considérations techniques et économiques. On peut

par exemple obtenir une meilleure ouvrabilité en remplaçant une partie de l’eau de gâchage

par un plastifiant et réduire ainsi la capillarite, ce qui améliore la durabilité du béton.



L’efficacité des adjuvants dépend d’une quantité de facteurs qui sont, entre autres, le

dosage de l’adjuvant, le type et le dosage en ciment, le dosage en eau ainsi que la consistance,

les conditions de malaxage et la température.

La norme SN EN 934-2 ≪Adjuvants pour béton, mortier et coulis ≫ définit les

exigences, la conformité, le marquage et l’étiquetage des adjuvants. Son application est régie

par la norme SN EN 206-1.

Différentes substances organiques et anorganiques sont utilisées dans la production

des adjuvants. Comme chacune de ces substances actives peut réagir de manière très

différente en fonction du ciment utilisé, il est parfois difficile d’obtenir l’effet désiré sur le

béton frais ou durci. L’utilisation d’adjuvants requiert donc des essais préliminaires afin d’en

contrôler l’efficacité.

Le tableu17 illustre les effets principaux et les domaines d’application des adjuvants

courants.

Tableau 17: Types d’adjuvants avec leurs abréviations et effets principaux selon

SN EN 934-2

Adjuvant Abréviation Effets principaux et domaines d’application

Plastifiant BV Diminution de l’eau de gâchage et/ou amélioration de

l’ouvrabilité (éléments préfabriqués)

Fluidifiant FM Forte diminution de l’eau de gâchage et/ou

amélioration de l’ouvrabilité. Permet d’obtenir des

bétons à durabilités accrue et/ou à mise en place

facilitée (Béton pompés)

Entraineur d’air LP Production et dispersion de fines bulles d’air dans la

masse du béton en vue d’augmenter sa résistance au

gel et aux sels de déverglaçage (ouvrages d’art)

Retardateur de prise VZ Retardement du début de prise du béton (bétonnage par

temps chaud)

Accélérateur de prise

Accélérateur de durcissement

SBE

HBE

Accélération du processus de prise du béton (bétons

projetés)

Accélération du processus de durcissement du béton

(préfabrication)

Hydrofuge DM Diminution de l’absorption capillaire (éléments

préfabriqués)

Stabilisateur ST Amélioration de la cohésion interne du béton (SCC)

I.4.2. Dosage

En règle générale, les adjuvants pour bétons sont introduits sous forme liquide et en très

petites quantités, lors du malaxage. Leur pourcentage en masse par rapport au ciment se situe

normalement entre 0,2 et 2%. Si la quantité totale d’adjuvants sous forme liquide est

supérieure à 3 l/m3 de béton, leur teneur en eau doit être prise en compte dans le calcul du



rapport volumique eau/ciment. De même, le supplément d’air occlus introduit dans le

mélange par les entraineurs d’air doit être pris en compte dans le calcul volumique. Les

dosages inferieurs à 0,2% ne sont autorisés que si l’adjuvant est dilué dans une partie de l’eau

de gâchage, mais il est préférable d’y renoncer car le risque d’une erreur de dosage est trop

important avec d’aussi faibles quantités. Les sous-dosages diminuent souvent de manière

importante l’effet recherché, alors que les surdosages peuvent avoir des effets secondaires

indésirables tels que retardement du début de prise, perte de résistance à la compression ou

ségrégation.

I.4.3. Adjuvants et environnement

Un bon tiers des bétons fabriqués contient des adjuvants. Or, ces produits chimiques sont

régulièrement mis en cause dans les discussions concernant l’impact des produits industriels

sur l’environnement. Pour cette raison, l’Association des fabricants d’adjuvants pour béton a

défini un certain nombre de critères permettant d’apprécier la compatibilité environnementale

de ces produits. Les adjuvants pour bétons qui sont conformes à ces critères peuvent être

marqués du label de qualité (hors classe de toxicité, solubles à l’eau et biodégradables), qui

constitue une garantie de sécurité pour les maitres d’ouvrages et les entrepreneurs.

I.5. Les additions

[3], [w2], [w3]

I.5.1. Définition

Les additions sont généralement des ajouts minéraux sous forme de poudre fine qui

peuvent améliorer certaines propriétés du béton, en particulier l’ouvrabilité du béton frais

ainsi que les caractéristiques mécaniques et la compacité du béton durci. Certaines additions

permettent de réduire la chaleur d’hydratation lors de la prise et du durcissement du béton.

Contrairement aux adjuvants, les additions sont toujours incorporées au béton en

quantités suffisamment importantes pour être considérées dans le calcul de la recette. Il est

possible de cobroyer les additions avec le clinker ou les mélanger au ciment lors de sa

production. Cette manière de procéder assure un dosage précis et une répartition homogène

des additions.

Si le mélange ciment – addition répond aux exigences de la norme SN EN 197-1, il s’agit

alors d’un ciment composé, qui peut être considéré comme un tout pour le calcul du rapport

E/C et du dosage minimal en ciment. Dans ce cas, la norme considère les additions comme

des autres constituants principaux du ciment.



Les additions peuvent être également incorporées au mélange dans le malaxage du béton.

Il est ainsi possible de choisir librement les proportions du mélange addition – ciment et de les

adapter précisément aux exigences de la recette. Mais dans ce cas, le stockage séparé des

additions nécessite des silos, des équipements de dosage et des contrôles supplémentaires. Et,

certaines additions ont tendance à former des grumeaux lors d’un stockage prolonge et la

confection d’un béton homogène requiert parfois une durée de malaxage plus longue.

I.5.2. Classification

La norme SN EN 206-1 distingue deux types d’additions:

celles du type I sont des substances inertes (par exemple : le filler calcaire et les

pigments), qui n’engendrent pas de réaction chimique ;

celles du type II qui sont désignées comme additions à caractère pouzzolanique ou

hydraulique latent. Les additions de type II comprennent notamment les cendres

volantes de houille et la fumée de silice qui, grâce à la réaction pouzzolanique qu’elles

induisent, contribuent à la montée en résistance de la pâte de ciment. Le schiste

calciné présente des propriétés à la fois pouzzolaniques et hydrauliques. Il n’est

cependant utilisé que comme addition au ciment.

Habituellement les additions sont classées selon le tableau 18 ci-dessous, en fonction

de leur comportement chimique dans la pâte de ciment et/ou de leur effet dans le béton. On

peut aussi les classer en fonction de leur composition chimique.



Tableau 18: Classification et effets des additions

Désignation Réaction chimique Effet Types d’addition Inerte

(type I)

Aucune réaction ou tout au

plus réaction négligeable

Augmente la compacité

(effet filler) et améliore

l’ouvrabilité

Filler de calcaire,

farine de quartz

Répartition de la

fissuration (engendrée

par le retrait plastique)

Fibres de tous types

Coloration du béton Pigments

Pouzzolanique

(type II)

Réaction en présence

d’hydroxyde de calcium et

d’eau: transformation en

minéraux analogues aux

hydrates du ciment (CSH)

Diminue la porosité

Augmente la durabilité

Réduit la résistance au

jeune âge

Diminue la chaleur

d’hydratation

Augmente la résistance

finale

Cendres volantes de

houille,

fumée de silice,

schiste calcine,

pouzzolane naturelle

ou

argile activée

thermiquement

Hydraulique

latente

(type II)


d’activeurs (alcalis, chaux,

sulfates) et d’eau:

formation de substances

analogues aux hydrates du

ciment

Diminue la porosité

Augmente la durabilité

Réduit la résistance au

jeune âge

Diminue la chaleur

d’hydratation

Augmente la résistance

finale

Laitier granule de

haut fourneau

Hydraulique

(type II)


d’eau: formation de

substances analogues aux

hydrates du ciment

Réduit la porosité et

améliore l’ouvrabilité

Schiste calciné

Chaux hydraulique

Conclusion

Pour conclure, le béton est un matériau accessible partout dans le monde entier car il

est conçu à partir des matières courantes et peu coûteuses. Son caractère résistant, durable et

son accommodation l’a rendu à la première place des matériaux de construction.

Dans le chapitre suivant, nous allons voir le béton en général.

GENERALITES ET ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES Le béton


CHAPITRE II : Le béton.

[6], [7], [9], [w2], [w6], [w7], [w10], [w12], [w14]

II.1. Généralités

Le béton est un matériau composite aggloméré constitué de granulats durs de diverses

dimensions collées entre eux par un liant. Dans les bétons courants, les granulats sont des

grains de pierre, sable, gravillons et le liant est un ciment, généralement un ciment portland.

Les composants sont très différents: leurs masses volumiques vont, dans les bétons courants

de 1 (eau) à 3 (ciment) t/m3. Si le type de liant utilisé n'est pas un ciment, on parle alors, selon

le liant utilisé, de béton de résine, de béton d'hydrocarboné, de béton d'argile, etc.

OU

Figure 19 : La différence entre béton et mortier

Les différents granulats forment le squelette granulaire du mortier ou du béton. Le ciment,

l'eau et les adjuvants forment la pâte liante. Lorsqu’il n’y a pas de squelette granulaire, on

parle de "pâte de ciment". La pâte est un élément unique et actif du béton enrobant les

granulats. L'objectif est de remplir les vides existants entre les grains. La pâte joue le rôle de

lubrifiant et de colle.

II.2. Classification

Le béton fait partie de notre cadre de vie. Il a mérité sa place par sa caractéristique de

résistance, ses propriétés en matière thermique, sa résistance au feu, son isolation phonique,

son aptitude au vieillissement, ainsi que par la diversité qu'il permet dans les formes, les

couleurs et les aspects. Le béton utilisé dans le bâtiment, ainsi que dans les travaux publics

comprend plusieurs catégories.

II.2.1. Suivant la masse volumique

En général les bétons peuvent être classés en 3 groupes, selon la masse volumique:

Béton lourd: > 2600 kg/m3 ;

Granulats Liant

Béton

D > 8 mm

Mortier

D < 8 mm



Béton normal (béton courant): 2000 - 2600 kg/m3 ;

Béton léger: 800 - 2000 kg/m3.

Et le béton léger peut être classifié en fonction de sa masse volumique. Le tableau 19 ci-

dessous montre les différentes classes de masse volumique pour le béton léger.

Tableau 19 : Classification du béton léger selon la masse volumique

Classe de

masse volumique

D1,0 D1,2 D1,4 D1,6 D1,8 D2,0

Plage de masse

volumique [kg/m3]

≥ 800

et

≤ 1000

>1000

et

≤ 1200

>1200

et

≤ 1400

>1400

et

≤ 1600

>1600

et

≤ 1800

>1800

et

≤ 2000

II.2.2. Suivant la nature du liant

Le béton courant peut aussi être classé en fonction de la nature des liants :

béton de ciment ;

béton silicate (chaux) ;

béton de gypse (gypse) ;

béton asphalte (béton au bitume).

II.2.3. Suivant la nature du plus gros granulat utilisé

Le béton est spécifié selon la dimension maximale des granulats. La classification est

fonction de la dimension nominale supérieure du plus gros granulat présent dans le béton.

On distingue :

béton de sable ;

béton de mignonette (micro-béton) ;

béton de gravillon ou gravier ;

béton de cailloux ou de pierres concassés (gros béton) ;

béton cyclopéen (béton de moellons ou de galets).

II.2.4. Classe de résistance

Les bétons sont subdivisés en différentes classes en fonction de leur résistance à la

compression. La norme fait une distinction entre les classes de résistance à la compression

pour les bétons de masse volumique normale et les bétons lourds, d’une part, et celles pour les

bétons légers de structures, d’autre part. Chaque classe de résistance à la compression est



définie par deux valeurs caractéristiques minimales, l’une valable sur cylindres et l’autre sur

cubes; ceci, afin de tenir compte des diverses procédures d’essai.

Tableau 20 : Classification de résistance à la compression pour les bétons de masse

volumique normale et les bétons lourds.



Tableau 21 : Classification de résistance à la compression pour les bétons légers.

II.2.5. Classe de consistance

La norme NF 206 1 définit pour les bétons à l’état frais cinq classes de consistances, la

consistance étant évalué par la valeur de l’affaissement au cône d’ABRAMS (Slump Test)

exprimée en millimètre.

Tableau 22 : Classe de consistance des bétons

Classe S1 S2 S3 S4 S5

Affaissement

[mm]

10 – 40 50 – 90 100 – 150 160 – 210 ≥ 220



Consistance :

S1 : ferme ;

S2 : moyennement plastique ;

S3 : plastique ;

S4 : très plastique ;

S5 : fluide.

II.2.6. Classe de chlorures

La classe de teneur en chlorures indique la quantité maximale de chlorures admise dans le

béton. Ces chlorures proviennent exclusivement des constituants du béton. Les valeurs

limites des teneurs en chlorures, exprimées en pourcentage de la masse de ciment, ont pour

objectif de protéger les armatures contre le risque de corrosion et incluent une réserve pour

d’éventuels apports ultérieurs en chlorures par le milieu environnant. On pourra généralement

satisfaire sans difficulté aux exigences de la classe la plus sévère, à savoir celle concernant le

béton précontraint.

Quatre classes de chlorures sont définies dans la norme NF EN 206-1 (0.20, 0.40, 0.65 et

1.0). Ce rapport correspond à la teneur maximale en ions Cl¯ rapportée à la masse de ciment.

Tableau 23 : Classes de chlorures à respecter en fonction de l’utilisation du béton



II.2.7. Classe d’expositions

Les exigences relatives à la durabilité doivent être spécifiées en fonction du degré

d’agressivité du milieu ambiant. Pour ce faire, la norme SN EN 206-1 mentionne 5 classes

d’exposition et distingue les agressions des armatures:

Classe d’exposition XC (Carbonation) : corrosion des armatures induite par la

carbonatation ;

Classe d’exposition XD (Deicing): corrosion induite par les chlorures et les

agressions du béton ;

Classe d’exposition XF (Freezing): sollicitations par les cycles de gel - dégel avec

ou sans agent de déverglaçage ;

Classe d’exposition XA (Chemical Attack) : sollicitations par des attaques

chimiques.

La classe X0 (aucun risque de corrosion ni d’attaque) n’est valable que pour les éléments

non armes et sans pièces métalliques noyées, situés hors gel et non soumis à des attaques

chimiques.

Chaque classe d’exposition est graduée en 3 ou 4 niveaux en fonction du degré

d’agressivité et de l’humidité ambiante. Le tableau 24 suivant résume les différents cas

possibles et donne des exemples.



Tableau 24 : Classe d’exposition des bétons selon la norme NF EN 206-1

II.2.8. Suivant leur mode de spécification

La norme SN EN 206-1 est une norme produit qui, à ce titre, régit la production, la

livraison et les contrôles de conformité du béton. Elle définit les exigences applicables aux



constituants, à la spécification du béton, aux propriétés du béton frais et durci ainsi qu’à leur

vérification, à la livraison du béton frais, aux procédures de contrôle de production, aux

critères et à l’évaluation de la conformité. Elle est valable pour tous les bétons compactés

normalement, comme le béton de masse volumique normale, le béton léger et le béton lourd,

mais elle ne s’applique pas aux bétons spéciaux.

Cette norme distingue fondamentalement trois catégories de béton selon leur mode de

spécification ou commande:

les Bétons à Propriétés Spécifiées : BPS

les Bétons à Composition Prescrite : BCP

les Bétons à Composition Prescrite dans une Norme : BCPN

Elle définit également les responsabilités des différents intervenants (Tableau 25) : le

prescripteur (qui peut être le maitre d’ouvrage ou M.O., le planificateur, l’architecte ou

l’ingénieur) – le producteur du béton – et l’utilisateur (à savoir l’entreprise qui utilise le béton

frais pour construire l’ouvrage). Le prescripteur du béton doit s’assurer que toutes les

exigences pertinentes pour obtenir les propriétés nécessaires du béton sont incluses dans la

spécification donnée au producteur. Le prescripteur doit également prescrire toutes les

exigences sur les propriétés du béton qui sont nécessaires au transport après livraison, à la

mise en place, au compactage, à la cure ou à tout autre traitement ultérieur.

Tableau 25: Répartition des responsabilités en fonction du mode de spécification du béton

selon SN EN 206-1

Spécification du béton Béton à propriétés

spécifiées

Béton à composition

prescrite Spécification des exigences Prescripteur

(M.O., planificateur, ingénieur, architecte)

Composition du béton Producteur

(centrale de béton prêt à

l’emploi, centrale de chantier)

Prescripteur Essai initial

Contrôle de production Producteur

Conformité Producteur Producteur/prescripteur

Contrôle de réception Utilisateur (entreprise de construction)

II.2.8.1. Les bétons à propriétés spécifiées (BPS)

Il s’agit d’un béton dont les propriétés requises à l’état frais et durci, ainsi que

d’éventuelles exigences complémentaires, sont définies de manière précise et exhaustive par

le prescripteur. Dans ce cas, la responsabilité de la formulation du béton et du respect des

propriétés spécifiées incombe au producteur. Les cinq données de base d’un béton à



propriétés spécifiées selon la norme SN EN 206-1 sont : la classe de résistance à la

compression, la ou les classes d’exposition, la valeur nominale du diamètre maximal des

granulats, la classe de teneur en chlorures et la consistance du béton frais. Pour le béton léger

ou pour le béton lourd, il faut en outre spécifier la classe, ou la valeur cible, de la masse

volumique.

Figure 20 : Exemple de Désignation d’un BPS conforme à la norme NF EN 206-1 :

II.2.8.2. Les bétons à composition prescrite (BCP)

Il s’agit d’un béton dont la composition et les constituants à utiliser sont définis par le

prescripteur. Dans ce cas, le producteur est uniquement responsable du respect de la recette de

béton imposée et non des propriétés du béton frais ou durci.

Le prescripteur a la responsabilité de s’assurer que les prescriptions sont conformes aux

exigences de la norme NF EN 206-1 et que la composition prescrite est capable d’atteindre les

performances attendues pour le béton.

Un BCP ne doit être formulé que par un prescripteur expérimenté disposant d'une réelle

compétence dans la formulation du béton.

Le producteur est responsable de fournir un béton respectant cette composition

prescrite.

Les contrôles sur les performances atteintes ne sont pas de la responsabilité du producteur

(ils incombent au prescripteur ou à l’utilisateur).

Les principales spécifications de base sont les suivantes :

conformité à la norme NF EN 206-1 (la responsabilité du producteur se limite au

respect de la composition prescrite) ;

dosage en ciment ;



type et classe de résistance du ciment ;

rapport Eau efficace / Liant équivalent ou consistance ;

dimension nominale maximale des granulats, et toute limitation de leur fuseau

granulaire ;

type et catégorie des granulats et leur teneur maximale en chlorures (la masse

volumique maximale ou minimale pour les bétons légers ou les bétons lourds) ;

le type et la quantité des adjuvants ou additions et l’indication de leur origine le

cas échéant.

II.2.8.3. Les bétons à composition prescrite dans une Norme (BCPN)

Ce type de béton est réservé à certains ouvrages simples de bâtiment (par exemple,

chantier de catégorie A, tel que défini dans la norme NF P 18-201 article 6.5)

II.3. Caractéristiques principales du béton frais

La caractéristique essentielle du béton frais est l'ouvrabilité et la consistance, qui

conditionnent non seulement sa mise en place pour le remplissage parfait du coffrage et du

ferraillage, mais également ses performances à l'état durci.

Il existe un très grand nombre d'appareils de mesure de l'ouvrabilité du béton reposant sur

des principes différents. Certains mesurent une compacité, d'autres un temps d'écoulement ou

encore utilisent l'énergie potentielle du béton ou nécessitent un apport d'énergie extérieur.

On comprend qu'il est difficile de convenir d'un tel appareil tenant compte de tous les

bétons possibles pour tous les usages et qui tiennent compte aussi des différents facteurs de

l'ouvrabilité. Certains appareils sont utilisés à la fois par les laboratoires et par les chantiers.

La distinction proposée est donc parfois assez artificielle, sauf dans le cas d'appareillage

très élaboré.

II.3.1. L’ouvrabilité et consistance du béton frais

II.3.1.1. Importance de l’ouvrabilité

Une bonne ouvrabilité facilite les transbordements et la mise en œuvre du béton frais,

c’est-à-dire sa mise en place dans les coffrages et son compactage. Elle influence aussi

favorablement le cout de ces opérations. Quant au béton durci, sa résistance et surtout sa

durabilité dépendent directement d’une bonne mise en place, de l’enrobage parfait des

armatures et d’un compactage soigné, toutes qualités qui ne peuvent être obtenues qu’avec

une bonne ouvrabilité.



II.3.1.2. Définition de l’ouvrabilité et de la consistance

Le concept d’ouvrabilité du béton ne répond pas à une définition précise. Il englobe

plusieurs propriétés interdépendantes, comme la consistance, la viscosité (cohésion interne),

la tendance à la ségrégation, la plasticité et la thixotropie. Considérée sur le plan scientifique

comme le résultat du frottement interne de l’ensemble des particules solides suspendues dans

l’eau de gâchage, la consistance peut être évaluée dans la pratique par différentes méthodes

d’essai.

II.3.1.3. Méthodes de mesure de la consistance: ≪Walz≫ ou indice de

serrage, étalement, affaissement

En générale, on utilise couramment trois méthodes d’essai pour évaluer la consistance

du béton: la mesure de l’indice de serrage selon Walz (fig. 21), la mesure de l’étalement (fig.

22) ou la mesure de l’affaissement désigné aussi parfois ≪slump≫ (fig. 23). Le domaine de

validité de chacune de ces méthodes ne s’étend pas à toutes les classes de consistance.

Figure 21 : Mesure de l’indice de serrage

Figure 22 : Mesure de l’étalement

Figure 23 : Mesure de l’affaissement

II.3.2. Masse volumique du béton frais

La masse volumique du béton frais est définie comme la masse d’un mètre cube de

béton frais compacté (volume des pores inclus). Elle s’obtient par pesage d’un échantillon de

béton frais compacté dans un récipient de volume connu. La mesure de la masse volumique



du béton frais permet d’obtenir rapidement des indications sur la qualité du béton.

Effectivement, pour des dosages en ciment et en granulats constants, une diminution de la

masse volumique ne peut être provoquée que par une augmentation du dosage en eau et/ou de

la teneur en air. On peut donc en déduire une relation directe entre la masse volumique du

béton frais et la résistance en compression.

II.4. Méthodes de compositions du béton

Il y a beaucoup de méthodes pour formuler un béton. Malgré leur différence, leurs

objectifs sont les mêmes, c’est d’obtenir un béton ayant les meilleures caractéristiques

possible.

Pour cette raison, certaines méthodes sont semblables c'est-à-dire de même principe.

II.4.1. Méthode de Bolomey

Le principe est de construire une composition granulaire à partir des classes de

granulats disponibles et dont la courbe granulométrique soit la plus proche que possible de la

courbe de référence théorique.

La formule de base est la suivante :

𝑝 = 𝐴 + (100 − 𝐴)𝑑

𝐷

Où :

- p : pourcentage de grains passant à la passoire de diamètre d ;

- D est le diamètre du plus gros grain ;

- A varie de 8 à16, sa valeur étant d’autant plus élevée que le dosage en ciment est plus

fort.

Cette méthode aboutit généralement à une granularité continue.

II.4.2. Méthode d’Abrams

Cette méthode consiste à construire une composition granulaire, basée sur l’obtention

d’un module de finesse global, à partir des différents modules de finesse des classes de

granulats disponibles.

Le module de finesse du mélange est choisi de manière que les vides dans ce mélange

soient, en principe, réduits au minimum.

Les modules optimaux pour béton de granulats roulés, déterminés expérimentalement

par Abrams, sont indiqués dans le tableau 26 suivant en fonction du dosage en ciment et de la

dimension D du granulat le plus gros.



Tableau 26 : Valeurs optimales d'après Abrams du module de finesse des compositions

granulaires des bétons courants:

Dosage en ciment

[kg/m3]

Dimension maximale D des granulats

10 15 20 25 30 40 60

275 4,05 4,45 4,85 5,25 5,60 5,80 6,00

300 4,20 4,60 5,00 5,40 5,65 5,85 6,20

350 4,30 4,70 5,10 5,50 5,73 5,88 6,30

400 4,40 4,80 5,20 5,60 5,80 5,90 6,40

Exemple pour un béton binaire constitué d’un sable S et d’un gravier G :

Soient :

Mf : le module de finesse, recherché pour le béton ;

MfS : le module de finesse du sable ;

MfG : le module de finesse du gravier.

s : le pourcentage du sable ;

g : le pourcentage du gravier.

On a :

MfS < Mf < MfG

s = 𝑀𝑓𝐺−𝑀𝑓

𝑀𝑓𝐺− 𝑀𝑓𝑆 × 100[%]

g = 𝑀𝑓 − 𝑀𝑓𝑆

𝑀𝑓 − 𝑀𝑓𝑆 × 100[%]

II.4.3. Méthode de Valette

R. Valette a mis au point une méthode essentiellement expérimentale mais qui

nécessite cependant un certain nombre de calculs préparatoires. Cette méthode est souvent

désignée par « dosage des bétons à compacité maximale » ou « dosage des bétons à minimum

de sable » ou « dosage des bétons à granularité discontinue ». La méthode Valette proprement

dite est quelquefois utilisée avec certaines variantes. Voici sommairement résumé le principe

de cette méthode.

Dans les cas les plus courants, on part en général de deux granulats (bétons

binaires) : un sable 0/5 mm et un gravier présentant le plus souvent une certaine

discontinuité avec le sable, un 16/25 mm par exemple.

On calcule d’abord le dosage de sable et ciment devant donner en principe le

mortier plein à minimum de ciment ; ce dosage s’obtient en mesurant les vides du



sable mouillé et en calculant le dosage en ciment permettant de remplir le volume

des vides du sable par un volume égal de pâte pure de ciment.

On ajoute ensuite le maximum de gravier mouillé compatible avec une ouvrabilité

permettant un moulage correct et une mise en œuvre facile dans les conditions du

chantier. C’est la partie essentiellement expérimentale de la méthode et elle repose

sur l’appréciation de l’opérateur sur la « convenance » du béton plein à minimum

de sable et le moins dosé (en ciment).

Les dosages en ciment auxquels on aboutit ainsi sont presque toujours très

nettement au-dessous des dosages nécessaires pour obtenir les résistances

souhaitées, la plasticité nécessaire, l’étanchéité ou autres qualités. Pour déterminer

la composition du béton de dosage en ciment suffisant pour la résistance à obtenir,

on fixe a priori, dans certains cas, ou on évalue par un calcul approprié, le volume

de pâte pure compensatrice à substituer à un égal volume plein mouillé de sable.

II.4.4. Méthode de Faury

II.4.4.1. Principe

Le principe de la méthode de Faury consiste à :

déterminer une courbe granulométrique optimale appelée « courbe de référence»

du mélange des éléments secs ;

chercher à avoir une composition ayant une courbe granulométrique le plus proche

que possible de la courbe optimale ;

d’en déduire la composition d’un mètre cube de béton.

Les particularités de la méthode de Faury sont :

méthode applicable à tous les granulats quelle que soit la masse volumique ;

Faury a étudié l’effet des vides, vides qui varient avec la racine cinquième de la

dimension de grains ;

La méthode de Faury prend en compte l’effet des coffrages et des armatures en

introduisant la notion d’effet de paroi qui est fonction du rayon moyen du moule r

et de la dimension maximale des granulats D.

On appelle « rayon moyen du moule » le rapport :

𝐫 = 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝒅𝒖 𝒃é𝒕𝒐𝒏(𝒂𝒄𝒊𝒆𝒓 𝒅é𝒅𝒖𝒊𝒕)

𝑺𝒖𝒓𝒇𝒂𝒄𝒆 𝒅𝒆 𝒄𝒆 𝒒𝒖𝒊 𝒆𝒔𝒕 𝒆𝒏 𝒄𝒐𝒏𝒕𝒂𝒄𝒕 𝒅𝒖 𝒃é𝒕𝒐𝒏(𝒄𝒐𝒇𝒇𝒓𝒂𝒈𝒆 + 𝒂𝒄𝒊𝒆𝒓)



L’effet de paroi est le rapport :

𝑫

𝒓=

𝑫𝒊𝒎𝒆𝒏𝒔𝒊𝒐𝒏 𝒎𝒂𝒙𝒊𝒎𝒂𝒍𝒆 𝒅𝒆𝒔 𝒈𝒓𝒂𝒏𝒖𝒍𝒂𝒕𝒔

𝑹𝒂𝒚𝒐𝒏 𝒎𝒐𝒚𝒆𝒏 𝒅𝒖 𝒎𝒐𝒖𝒍𝒆

II.4.4.2. Courbe de référence

Axes des coordonnées :

abscisses : dimension des tamis d avec une graduation proportionnelle à √𝐷5

.

ordonnées : pourcentage des tamisats en volumes absolus.

Courbes :

Origine : Point d’abscisse correspondant au tamis de diamètre 0.005 mm et

d’ordonnée 0%

Point de brisure : Abscisse = D/2

𝒚 (𝑫

𝟐) = 𝑨 + 𝟏𝟕, 𝟖√𝑫

𝟓+

𝑩

[𝑫

𝒓]−𝟎,𝟕𝟓

A : constante traduisant la maniabilité du béton ;

B : constante traduisant l’importance du serrage du béton ;

D : la plus grande dimension du tamis (ou passoire).

II.4.5. Méthode de Joisel

Inspirée comme celle de FAURY de la théorie de CAQUOT, la méthode de JOISEL

est plus généralisante. Il considère que la loi de granulation conduisant à la compacité

maximale est fonction de √𝐷𝑚

, ou « m » dépend de la compacité avec laquelle se serre un

granulat de dimensions uniforme suivant les moyens de serrage, « m » peut alors varier de

3 à 10.

En utilisant √𝐷𝑚

comme graduation des abscisses, Joisel utilisa une courbe de référence

de forme linéaire.

Comme pour les méthodes Faury et Valette le dosage en ciment déterminé par cette

méthode est le dosage minimal correspondant théoriquement- sur le plan granulométrique, à

la compacité maximale ; ce dosage est en général nettement inférieur (150 à 200 kg/m3) au

dosage nécessaire ou exigé (250 à 400 kg/m3 dans la plupart des cas). Une correction doit

donc être apportée dans ce sens.



II.4.6. Méthode de Dreux-Gorisse

Le principe consiste à chercher la formulation des bétons en fonction de :

la nature de l’ouvrage ;

la résistance voulue définie par la résistance à la compression normale à 28 jours ;

la consistance définie par l’affaissement moyen au cône d’Abrams.

Le dosage en ciment est déterminé par la valeur de C/E selon la formule :

𝑹𝒃 = 𝑮𝑭𝑪𝑬[𝑪

𝑬− 𝟎, 𝟓]

Rb : résistances visée à 28 jours en MPa.

FCE : classe vraie du ciment en MPa ;

G : coefficient granulaire qui représente la qualité des granulats ;

C : dosage en ciment en Kg/m3 ;

E : dosage en eau en Kg/m3.

Ayant trouvé la valeur de C/E, le dosage en ciment C est déterminé par l’abaque

reliant C/E et l’affaissement au cône d’Abrams. Après avoir trouvé la valeur de C, le dosage

en eau E est déterminé par l’abaque reliant E et l’affaissement au cône d’Abrams pour une

valeur particulière de la dimension D = 25 mm des granulats. Pour les autres valeurs de D, on

procède à des corrections sur le dosage en eau.

Le dosage en granulats est déterminé graphiquement à l’aide de la courbe de référence et les

courbes granulométriques :

on place sur une même graphique les courbes granulométriques des granulats et la

courbe de référence (deux segments de droites OA et AB où A est le point de brisure,

et B correspond à la dimension D du plus gros granulat) ;

on trace la ligne de partage entre deux granulats en joignant le point correspondant à

95 % du tamisat du granulat 1 et à 5% de celui du granulat 2. On procède de la même

façon pour les autres granulats ;

les pourcentages des granulats sont obtenus par les points d’intersection de la ligne de

partage avec la courbe de référence.

II.4.7. Méthode Baron-Olivier

La méthode sera détaillée dans la partie expérimentale. Elle a été choisie parmi les autres,

car elle fait partie des méthodes les plus utilisées pour la formulation des bétons courants et



son application peut être élargie aux nouveaux bétons aux caractéristiques particulières et

utilisant généralement des fines d’ajout et un (ou des) adjuvant.

II.5. Déformation des bétons

La résistance mécanique et la déformation sont des caractéristiques importantes du béton,

car elles jouent un grand rôle non pas seulement pour la stabilité, mais aussi la durabilité des

ouvrages.

Lorsque le béton est soumis à l’action d’une charge rapidement croissante, il se comporte

comme un matériau fragile. D’une part, sa rupture n’est pas précédée de déformations

importantes et d’autre part, sa résistance à la traction est beaucoup plus faible que sa

résistance à la compression. La résistance à la traction s’annule même complètement si des

fissures de retrait se sont développées.

Le choix judicieux des matériaux, une mise en œuvre correcte, l’adoption de dispositions

constructives appropriées jouent un rôle essentiel dans l’art de construire. Toutefois, comme

une partie importante de ses activités est consacrée aux problèmes de dimensionnement des

constructions, l’ingénieur attache une importance particulière aux caractéristiques de

résistance mécanique et de déformation des matériaux, car leur connaissance lui est

indispensable pour réaliser des constructions à la fois sûres et économiques.

Dès la fin de la mise en œuvre, le béton est soumis à des déformations, même en absence

de charges.

II.5.1. Le retrait

C’est la diminution de longueur d’un élément de béton. On l’assimile à l’effet d’un

abaissement de la température qui entraîne un raccourcissement (Tableau 27).



Tableau 27 : Les causes du retrait des bétons

Causes et constatation Remèdes

Le retrait avant–prise est causé par

l’évaporation d’une partie de l’eau que

contient le béton. Des fissures peuvent

s’ensuivre car le béton se trouve étiré dans sa

masse.

Il s’agit de s’opposer au départ brutal de l’eau

par :

- la protection contre la dessiccation.

- l’utilisation d’adjuvants ou de produits de

cure.

Après la prise, il se produit :

- Le retrait thermique dû au retour du béton à

la température ambiante après dissipation de

la chaleur de prise du ciment. On constate

une légère diminution de longueur.

Il faut éviter de surdoser en ciment. Les

ciments de classe 45 accusent moins

de retrait que ceux de classe 55

de durcissement plus rapide.

- Le retrait hydraulique est dû à une

diminution de volume résultant de

l’hydratation et du durcissement de la pâte de

ciment. Le retrait croit avec la finesse de

ciment et le dosage.

Le béton aura d’autant moins de retrait qu’il

sera plus compact ; ce qui dépend de la

répartition granulaire, car un excès d’éléments

fins favorise le retrait ainsi que les impuretés

(argiles, limons).

II.5.2. Le fluage

Lorsqu’il est soumis à l’action d’une charge de longue durée, le béton se comporte comme

un matériau visco-élastique. La déformation instantanée qu’il subit au moment de l’application

de la charge est suivie d’une déformation lente ou différée qui se stabilise après quelques

années. C’est ce que l’on appelle le fluage.

Le fluage est pratiquement complet au bout de 3 ans.

Au bout d’un mois, les 40 % de la déformation de fluage sont effectués et au bout de six

mois, les 80%.

Cette déformation varie surtout avec la contrainte moyenne permanente imposée au

matériau.

II.5.3. Effet « Poisson »

En compression comme en traction, la déformation longitudinale est aussi accompagnée

d’une déformation transversale.

Le coefficient « Poisson » est le rapport : 𝑑é𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙𝑒

𝑑é𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒 ,

dont la valeur varie entre 0,15 et 0,30.

II.5.4. Ségrégation

La ségrégation est un ≪demélange≫ des constituants du béton frais qui peut se produire

lors du transport, du transbordement, de la mise en place ou de la vibration du béton. Elle a

des répercussions plus ou moins importantes sur l’aspect et la qualité du béton mis en place.



Bien qu’en pratique il soit souvent difficile d’effectuer une distinction aussi nette, la

ségrégation peut résulter d’un demélange entre:

les différentes classes granulaires ;

les granulats et la pâte de ciment ;

les farines et l’eau de gâchage.

La ségrégation se manifeste généralement sous l’une ou plusieurs des formes suivantes :

des ≪nids de gravier≫: concentrations locales de gravier ou gravillon dans le béton

(fig. 24)

des ≪remontées d’eau≫: eau séparée ou excédentaire, qui remonte le long des

coffrages verticaux lors de la vibration et qui entraine avec elle certains grains de

ciment et de fines (fig. 25)

du ≪ressuage≫: accumulation d’un excédent d’eau a la surface supérieure du béton. Il

en résulte une surface irrégulière, farineuse ou poreuse (fig. 26)

des ≪micro-ségrégations≫: ségrégation entre le ciment et les fines qui est souvent

plus gênante pour l’œil que pour la qualité du béton (fig. 27).

Figure 24 : Nid de gravier dû à une hauteur de chute trop grande et/ou à une armature

trop dense



Figure 25 : Effet sur l’aspect du béton de remontées d’eau le long du coffrage

Figure 26 : L’eau excédentaire remonte à la surface du béton (ressuage)

Figure 27 : Surface ≪marbrée≫ résultant d’une micro ségrégation entre les fines et la pâte de

ciment



II.5.5. Fissuration

Le béton est un matériau relativement fragile. Sa résistance à la traction est en effet très

faible en comparaison de celle à la compression. Par prudence, les normes imposent dans la

plupart des cas aux ingénieurs de ne pas en tenir compte pour le dimensionnement des

ouvrages en béton. L’apparition de fissures est ainsi inéluctable dès que les sollicitations de

traction dans le béton atteignent ou dépassent la valeur de sa résistance qui est de l’ordre de 2

à 3 N/mm2, voire encore moins au jeune âge, pour les bétons courants. Ces sollicitations et le

risque de fissuration qui en découle peuvent avoir pour origine l’un ou plusieurs des facteurs

suivants :

la dessiccation précoce du béton (cure trop tardive ou inefficace) ;

la chaleur d’hydratation du ciment et les contraintes thermiques résultant du

refroidissement ;

les charges (poids propre, charge utile, etc.) ;

les déformations imposées (retrait, variations de température ambiante, tassements

des fondations) ;

les réactions chimiques (corrosion des armatures, réaction alcalis-granulats) ;

les cycles de gel/dégel.

ELABORATION DE L’APPLICATION WEB POUR LA FORMULATION DU BETON

PAR LA METHODE BARON-OLIVIER La méthode Baron-Olivier


PARTIE II : ELABORATION DE L’APPLICATION WEB

POUR LA FORMULATION DU BETON PAR LA

METHODE BARON-OLIVIER




CHAPITRE III : La méthode Baron-Olivier.

[2], [5], [9], [w9], [w11]

La méthode de formulation proposée par Baron et Olivier fait une distinction entre les

bétons courants et les bétons aux ajouts adjuvantés, surtout en ce qui concerne la pâte liante.

On distingue alors :

La Méthode de base, destinée pour la formulation des bétons courants ;

la méthode avancée, adaptée aux bétons aux caractéristiques spécifiques, comme les

bétons autoplaçant (BAP) et les bétons hautes performances et ultrahautes

performances (BHP et BUHP).

III.1. Méthode de base

III.1.1. Détails concernant cette méthode

III.1.1.1. Objectifs

Il s’agit de déterminer une composition de béton répondant à des caractéristiques

précises de résistance et d’ouvrabilité à partir des principes énoncés par Monsieur BARON.

III.1.1.2. Origine de la méthode

La méthode est due à Monsieur BARON, à partir des études expérimentales qu’il a

réalisées dans les années 1970-80 et qui ont été optimisées par la suite en utilisant les

directives de la norme NF P 18-305, remplacée par la Norme Européenne EN 206-1. Cette

méthode est développée dans un livre coécrit par Messieurs BARON et OLIVIER « Les

BETONS, Bases et données pour leurs formulations » édité chez Eyrolles en 1966.

Les expériences ont confirmé les travaux réalisés par BOLOMEY et FAURY dont certaines

formules ont été retenues en ce qui concerne les dosages en liant et en eau. Pour les dosages

en granulats ce sont, en partie, les travaux de DREUX qui ont été retenus. L’ensemble est

complété par des résultats expérimentaux qui rendent la méthode aussi abordable que la

méthode DREUX sans avoir les inconvénients de sa limitation aux seuls bétons courants.

III.1.1.3. Principe

Le problème du dosage optimal d’un béton n’est pas unique : il y a en fait deux

problèmes qui peuvent être traités indépendamment l’un de l’autre :

la définition de la pâte liante,

la définition du squelette granulaire.




a) La pâte liante

On démarre la formulation à partir de 2 hypothèses principales qui sont la résistance

cible et la quantité optimale d’eau efficace.

La résistance cible Rb est obtenue à partir de la résistance de calcul du béton Rbk ou

Rb28 nécessitée par l’ouvrage à construire. En tenant compte de la classe de résistance vraie

FCE du ciment et de la nature des granulats, on utilise la formule de BOLOMEY pour définir

le rapport C/E.

L’eau efficace optimale est définie de manière simple et provisoire en fonction de la

consistance cible du béton par un tableau créé par BARON en tenant compte d’un certain

nombre de corrections relatives à la dimension D du gravier utilisé (dimension du plus petit

tamis qui laisse passer la totalité des composants du béton) et à la température de coulage du

béton.

A partir de ces valeurs on peut donc déterminer le dosage en ciment. Les corrections

sont apportées à partir d’une gâchée d’essai.

b) Le squelette granulaire

Le squelette granulaire retenu par BARON est très proche de celui obtenu par DREUX, avec

cependant une approche et une définition plus simple. Cette méthode a été retenue non pas

pour son fondement scientifique, mais parce que ses résultats ont donné satisfaction au cours

des 25 dernières années.

III.1.1.4. Hypothèses de travail

Les hypothèses de départ sont les suivantes : la consistance du béton, son milieu

d’utilisation et sa résistance escomptées, la qualité et la nature des granulats, leur

granulométrie et leur masse volumique, la nature et la classe de résistance du ciment utilisé.

a) Hypothèses sur le béton

Les hypothèses retenues sont :

la nature de l’utilisation du béton (béton non armé, BA ou BP) ;

le milieu de l’utilisation que doit être précisé parmi les sites répertoriés dans la norme

EN 206-1 ;

la résistance nécessaire pour l’ouvrage à réaliser ;

la consistance du béton évaluée par l’affaissement requis au cône d’Abrams;

on précisera de plus si le béton sera pompé ou non.




b) Hypothèses sur les granulats

Les hypothèses sur les granulats retenus sont:

leur nature physique : s’ils sont concassés ou bien roulés ;

leurs caractéristiques physiques : courbe granulaire, masse volumique absolue ;

on complètera éventuellement cette connaissance par le coefficient d’absorption et le

coefficient de propreté superficielle (indispensable pour la formulation avancée :

B.H.P.).

c) Hypothèse sur le ciment

On doit connaître le type de ciment utilisé ;

il est nécessaire de connaître la classe de résistance vraie du ciment, notée FCE ;

on peut éventuellement préciser le dosage minimum prévu au CCTP, s’il est connu.

d) Abaques et tableaux

Il est enfin indispensable d’avoir à disposition les tableaux reproduits en annexe afin

de pouvoir les consulter en suivant le mode opératoire.

III.1.1.5. Mode opératoire (Formulation de base)

Nous allons nous contenter d’étudier la formulation de base.

a) La pâte liante

Déterminer la résistance cible Rb ;

Déterminer la quantité optimale d’eau efficace E, en appliquant si nécessaire les

corrections ;

Déterminer la quantité optimale d’air occlus Va, en appliquant si nécessaire les

corrections ;

Déterminer le coefficient granulaire de BOLOMEY : Kb

Déterminer le coefficient Kv : 𝑲𝑽 = 𝑬

𝑬+ 𝑽𝒂

Calculer le rapport C/E par la formule de BOLOMEY.

Déterminer le dosage en ciment : C1.

Cette valeur est comparée au dosage C2 prévu au CCTP (s’il existe) et au dosage

minimum C3 imposée par la norme EN 206-1. La valeur retenue C, est la valeur

maximale : C = max [C1 ; C2 ; C3]




b) Le squelette granulaire

A partir des courbes granulométriques, déterminer la courbe optimale de référence

définie par trois points :

point O origine de la courbe : 𝑥𝑂= 0,063 mm ; 𝑦𝑂= 0%

point B extrémité de la courbe : 𝑥𝐵 = 𝐷 ; 𝑦𝐵 = 100%

point de brisure A : 𝑥𝐴 =𝐷

2 ; 𝑦𝐴 = 50 − √𝐷 + 𝐾

où K prend l’une de ces valeurs :

0% bétons non armés et granulats roulés ;

3% si les granulats sont concassés ;

5% pour de bétons armés où le ferraillage < 80kg/m3 ;

10% bétons pompables ou BA avec ferraillage >80kg/m3.

Déterminer les pourcentages de sable et de gravier de la manière suivante :

Soit un sable 𝑑1/𝑑2 et un gravier 𝑑3/𝑑4 on définit graphiquement la droite

de partage des deux matériaux en reliant : le point 𝑦𝑆 = 95% de la courbe du

sable 𝑑1/𝑑2 au point 𝑦𝑔 = 5% de la courbe du gravier 𝑑3/𝑑4

On lit l’ordonnée du point d’intersection de la droite de partage et de la courbe

optimale sur l’axe des tamisats. On obtient :

dans la partie inférieure, le pourcentage de sable 𝑑1/𝑑2 : S%

dans la partie supérieure, le pourcentage de gravier 𝑑3/𝑑4 : G%

c) Composition du béton

Calculer le volume absolu de la pâte liante : Vpl = Vc+ VE+ Va

Calculer le volume absolu des granulats secs : Vgranulats = 1000 – Vpl

Calculer le volume absolu de chaque granulat :

Vabsolu sable= Vgranulats× S%

Vabsolu gravier= Vgranulats× G%

En déduire la masse de chaque granulat :

Msable= Mvol. absolu sable× Vabsolu sable

Mgravier= Mvol. absolu gravier× Vabsolu gravier

d) Résultats

Comme pour toutes les autres compositions, le résultat obtenu doit être vérifié par une

gâchée d’essai afin d’améliorer le dosage en eau et de contrôler la masse volumique du béton.




III.1.2. Données et formulation de base

III.1.2.1. Détermination de D

Le diamètre maximal adopté est défini sur la courbe granulométrique du plus gros

granulat (NF P 18 541) :

Tamis D’: Passant ≥ 99 % (D’ = 1,58 D),

Tamis D : 80 – 85 % ≤ Passant < 99 %.

III.1.2.2. Détermination de la résistance visée Rb

Elle est fonction de la résistance désirée :

Si on ne dispose pas d’information sur la fabrication :

Rb = Rbk + 5 MPa ; si Rbk ≤ 25 MPa

Rb = Rbk + 6 MPa ; si Rbk > 25 MPa

Si le matériel de fabrication est régulé :

Rb = Rbk + 3 MPa ; si Rbk ≤ 25 MPa

Rb = Rbk + 4 MPa ; si Rbk > 25 MPa

III.1.2.3. Dosage en eau et volume d’air

Le dosage en eau et le volume d’air occlus sont donnés dans le tableau suivant :

Tableau 28: Dosage en eau et en air suivant la consistance

Consistance A [cm] Eau (E) [L/m3] Air (a) [L/m3]

Ferme 0 – 4 160 25

Plastique 5 – 9 190 20

Très plastique 10 – 15 210 15

Corrections éventuelles :

Si on emploie des granulats de concassage, ces valeurs sont majorées de 10 à 15 % :

- Sable roulé et gravier concassé : 10% ;

- Sable concassé et gravier roulé : 12,5% ;

- Sable concassé et gravier concassé : 15%.

Si D est différent de 20 mm, il faut corriger E et A par les coefficients multiplicateurs

suivants (Tableau 29) :




Tableau 29: Coefficients multiplicateurs en fonction de D

D [mm] 4 8 16 20 25 40 80

Coefficient

multiplicateur

1.25 1.18 1.05 1 0.95 0.87 0.78

III.1.2.4. Relation de Bolomey – Détermination du dosage en ciment.

Rb = Kb . FCE [KV ( 𝐶

𝐸 ) – 0,5] avec : 𝐾𝑉 =

𝐸

𝐸+𝑉𝑎

Rb = Kb . FCE [𝐶

𝐸+𝑉𝑎− 0,5]

Kb est appelé coefficient granulaire. Les valeurs estimées sont :

Tableau 30: Valeur estimées de Kb

Valeurs estimées de Kb

Nature des granulats D (mm)

10 à 16 20 à 25 30 à 40

Siliceux, légèrement

altérés 0,45 0,50 0,55

Siliceux, roulés 0,50 0,55 0,60

Calcaires, durs 0,55 0,60 0,65

Classe vraie du ciment

Si on n’a pas la possibilité de la mesurer expérimentalement. On peut prendre, en première

approximation les valeurs du tableau 31.

Tableau 31: Les valeurs estimées de FCE

Valeurs estimées de FCE

Classe de résistance 32.5 42.5 52.5

FCE (MPa) 45 55 65

A partir de la formule de Bolomey on peut déduire la valeur du rapport 𝑪

𝑬+𝑽𝒂 et en tirer le

dosage en ciment.

III.1.2.5. Dosage optimal des fines

Dans la méthode avancée de Baron, il est préconisé d’utiliser des fines d’ajout et des

adjuvants (généralement plastifiants et superplastifiants). Les fines du béton sont constituées

par le ciment et les fillers de diamètre au moins équivalent à celui du ciment :




Détermination du volume des fines VF :

VF = (C / γC) + (F / γF)

Avec :

C dosage en ciment (Kg/m3) de masse spécifique γC ;

F dosage des fillers (Kg/m3) de masse spécifique γF.

III.1.2.6. Courbe de référence

Tableau 32: Les coordonnées de la courbe de référence

Point Abscisse (tamis) d [mm] Ordonnée (passant cumulé) [%]

O 0,063 (mod 19) 0

A D / 2 (mod (D/2)) 50 - √𝐷+ termes correctifs

B D (mod (D)) 100

Les Termes correctifs de YA : ont été définis au paragraphe III.1.1.5-b.

III.2. Méthode avancée de Baron

III.2.1. Détails

III.2.1.1. Objectifs

Il s'agit de déterminer des compositions particulières de bétons à partir de la

formulation de base de Monsieur BARON, en tenant compte de paramètres complémentaires

(adjuvant, utilisation d’addition minérale, etc. ...). Cette partie est la suite de la méthode de

Formulation de base exposée ci-dessus.

III.2.1.2. Principe

Dans les formulations avancées le squelette granulaire ne varie pas. Ce sont la

composition et la compacité de la pâte liante qui sont modifiées. Le problème posé est le

suivant: comment augmenter la résistance du béton sans modifier son ouvrabilité ni son temps

de prise?

a) Augmentation de la résistance

Une augmentation de la résistance d'un béton s'obtient en faisant varier deux

paramètres:

la compacité de la pâte liante ;

le rapport C/E.




Dans la formulation de base la pâte liante est composée d'eau et de ciment sous forme

de "flocs", c'est-à-dire de grains de ciments polarisés en présence d'eau qui forment des

agglomérats de dimensions 5 à 10 fois supérieures aux grains de ciments et qui retiennent

captive une grande quantité d'eau. Cette eau ne participe en rien à la résistance et, au

contraire, à tendance en disparaissant, à affaiblir le béton en créant des vides.

L'utilisation d'un défloculant permet de briser les chaînes de grains de ciment, donc de

libérer l'eau captive qui intervient alors directement sur la résistance et l'ouvrabilité. On peut

alors jouer sensiblement sur cette eau, la diminuer et ainsi augmenter la résistance à

ouvrabilité constante. C'est le principe utilisé avec un plastifiant réducteur d'eau.

Cependant, avec le principe énoncé ci-dessus on a amélioré la compacité mais on

n’obtient pas encore la compacité optimale.

Monsieur P.G. de GENNES a établi une théorie qui dit que la compacité optimale d'un

mélange granulaire est obtenue avec 4 échelles de grains. Les bétons courants sont constitués d'un

mélange avec 3 échelles de grains (les graviers, les sables et le ciment). Au début des années 80,

on a donc imaginé d'utiliser une 4ème échelle de grains: des grains très fins pour combler les

vides inter-granulaires du ciment. On utilise pour cela des ultrafines et en particulier des additions

minérales qui peuvent présenter des propriétés pouzzolaniques ou hydrauliques ou les deux à la

fois.

Lorsque l’on utilise des ajouts minéraux on remplace dans la formulation le dosage C

en ciment par le dosage L en liant équivalent.

On pose : L = C + k . Ad

Ad représente le dosage de l’addition et k le coefficient d’équivalence qui est différent pour

chaque type d’addition et même pour une même addition utilisée dans des conditions différentes.

Ce coefficient traduit la participation de l’addition à l’amélioration de la résistance du

béton (son activité).

A titre d’exemple, nous donnons dans le tableau suivant les valeurs de k pour la fumée de

silice.

Tableau 33: Valeur du coefficient k applicable à la fumée de Silice substituée à un

CEM I d’après la norme NF EN 206 -1

Condition à respecter k

𝐸

𝐿 ≤ 0,45 2

𝐸

𝐿 > 0,45 2 sauf pour les classes d’exposition XC, XF,

où k=1




Pour autant que l’on ne considère que la résistance du béton à la compression, la

valeur de k peut être déterminée expérimentalement.

𝑲 = 𝑹𝒄𝒋

𝑹𝒄𝟎𝒋

𝑹𝒄𝒋 : Résistance à la compression à j jours du mortier normal à base de liant équivalent.

𝑹𝒄𝟎𝒋 : Résistance à la compression à j jours du mortier normal à base du seul ciment témoin.

Généralement :

j = 28 jours.

on se fixe un taux de substitution 5% - 10% …

on se fixe une valeur de 𝑬

𝑳 ou

𝑬

𝑪

b) Maintien et amélioration de l’ouvrabilité

L'utilisation de plastifiants et d’addition minérale permet d'augmenter la compacité.

Mais, si le plastifiant augmente l'ouvrabilité en libérant de l'eau, ce n'est pas le cas des ajouts

minéraux qui augmentent la viscosité du béton et diminuent donc son ouvrabilité. Il est donc

nécessaire d'utiliser un adjuvant qui à la fois libère l'eau captive en défloculant les flocs de

ciments et fluidifie les fines d’ajout. Ces adjuvants sont appelés fluidifiants ou encore super-

plastifiants. En recherchant le bon dosage, on arrive à augmenter l'ouvrabilité en diminuant

l'eau de manière considérable. Les super-plastifiants efficaces sont appelés pour cela hauts

réducteurs d'eau. Malheureusement l'emploi de super-plastifiants fait intervenir un phénomène

parasite: ils sont souvent accompagnés d'un raccourcissement notable du temps de prise qui

rend la mise en œuvre problématique. On est alors obligé d'utiliser un retardateur de prise qui

peut, lui aussi, être accompagné d'effets secondaires.

c) Volume absolu des fines

Les études de BOLOMEY et de FAURY ont démontré que le volume absolu des fines

jouait un rôle considérable sur la qualité du béton: un béton trop pauvre en fines favorise la

ségrégation à la mise en œuvre; un béton trop riche en fines ne présente pas un beau parement

(problèmes aux contacts avec le coffrage). En fait, il existe un dosage optimal de volume

absolu en fines avec des frontières minimales et maximales.

Le dosage optimal est donné par la relation suivante:

𝑉𝑓 =220

√𝐷5




Les valeurs optimales et limites sont données dans le Tableau ci-dessous en dm3 (litre) de

fines par m3 de béton.

Tableau 34: Tableau du à BARON à partir des résultats de BOLOMEY et FAURY donnant

les volumes absolus des fines en fonction de D

Valeurs de D [mm] 8 10 12,5 16 20 25 31,5 40 50 63 80

Volume optimal [dm3] 145 138 131 125 120 115 110 105 100 95 90

Valeur mini pour éviter les

risques de ségrégation

[dm3]

125 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75

Valeurs maxi pour obtenir

un beau parement [dm3] 165 156 148 140 1356 130 125 120 115 110 105

Il faudra donc toujours vérifier que la composition obtenue donne un volume optimal de

fines, sinon, il faut jouer sur la qualité du ciment pour abaisser le volume de fines ou sur les

additions de fines pour augmenter le volume lorsqu'il est en dessous de la valeur minimale.

III.2.2. Mode opératoire

III.2.2.1. La pâte liante

1. Déterminer la résistance cible Rb.

C’est une fonction de la résistance désirée RbK :

Si on ne dispose pas d’information sur la fabrication :

Rb = RbK + 5 MPa ; si RbK ≤ 25 MPa

Rb = RbK + 6 MPa ; si RbK > 25 MPa

Si le matériel de fabrication est régulé :

Rb = RbK + 3 MPa ; si RbK ≤ 25 MPa

Rb = RbK + 4 MPa ; si RbK > 25 MPa

2. - Déterminer la quantité optimale d’eau efficace E, en appliquant si nécessaire les

corrections et en prenant compte la réduction autorisée par l’adjuvant.

- Déterminer la quantité optimale d’air occlus Va, en appliquant si nécessaire les

corrections.

Tableau 35 : Dosage en eau et volume d’air

Consistance A [cm] Eau (E) [L/m3] Air (a) [L/m3]

Ferme 0 – 4 160 25

Plastique 5 – 9 190 20

Très plastique 10 – 15 210 15




Ces valeurs sont majorées de 10 à 15% quand on emploie des granulats de concassage.

- Sable roulé et gravier concassé : 10% ;

- Sable concassé et gravier roulé : 12,5% ;

- Sable concassé et gravier concassé : 15%.

Dans le cas où D ≠ 20 mm, il faut corriger E et Va par les coefficients multiplicateurs.

(Tableau 36)

Tableau 36 : Coefficients multiplicateurs

D [mm] 4 8 16 20 25 40 80

Coefficient

multiplicateur

1.25 1.18 1.05 1 0.95 0.87 0.78

3. Déterminer le coefficient granulaire de BOLOMEY Kb en fonction de D et de la

qualité des granulats (Tableau37).

Tableau 37 : Valeurs estimées de Kb

Valeurs estimées de Kb

Nature des granulats

D (mm)

10 à 16 20 à 25 30 à 40

Siliceux, légèrement

altérés 0,45 0,50 0,55

Siliceux, roulés 0,50 0,55 0,60

Calcaires, durs 0,55 0,60 0,65

Déterminer le coefficient Kv :

𝐾𝑉 =𝐸

𝐸+𝑉𝑎

4. Classe vraie du ciment : Elle est déterminée expérimentalement, sinon on peut prendre

les valeurs du tableau 38, en première approximation

Tableau 38 : Valeurs estimées de FCE

Valeurs estimées de FCE

Classe de résistance 32.5 42.5 52.5

FCE (MPa) 45 55 65

5. Calculer le rapport liant équivalent sur eau efficace ( 𝑳

𝑬 ) par la formule de

BOLOMEY qui devient : 𝑹𝒃 = 𝑲𝒃𝑭𝑪𝑬(𝑲𝑽𝑳

𝑬− 𝟎, 𝟓)




Rb: la résistance cible

Kb: coefficient granulaire de BOLOMEY

FCE: classe vrai du ciment

L: dosage en liant équivalent

6. Déterminer le dosage en liant équivalent L, connaissant L/E et E.

7. Déterminer les dosages en ciment C et en ajout Ad en utilisant le coefficient k et

la formule : 𝑳 = 𝑪 + 𝒌. 𝑨𝒅

8. Déterminer la masse en extrait sec d’adjuvant Madj.

9. Vérifier que le rapport E/L et la teneur en liant équivalent est conforme à la norme NF

EN 206-1.

III.2.2.2. Le squelette granulaire

10. A partir des courbes granulométriques, déterminer la courbe optimale (comme pour un

béton courant).

Déterminer les pourcentages de sable S% et de gravier G% (comme pour un béton

courant).

Tableau 39 : Données sur la courbe de référence

Point Abscisse (tamis) d [mm] Ordonnée (passant cumulé) [%]

O 0,063 (mod 19) 0

A D / 2 50 - √𝐷+ termes correctifs

B D 100

Termes correctifs de YA : donnés au paragraphe III.1.1.5-b

III.2.2.3. Composition du béton

11. Calculer la masse volumique absolue de l’extrait sec d’adjuvant.

12. Calculer le volume absolu de la pâte liante Vpl :

Vpl = Vciment + Veau + Vair + Vadj + VAd

13. Calculer le volume absolu des granulats sec :

Vgranulats = 1000 – Vpl

14. Calculer le volume absolu de chaque granulat :

Vabsolu sable = Vgranulats × S%

Vabsolu gravier = Vgranulats × G%




15. En déduire la masse de chaque granulat :

Msable = Mvol. absolu sable × Vabsolu sable

Mgravier = Mvol. absolu gravier × Vabsolu gravier

16. Vérifier le volume absolu de fines (le volume de fines est le volume de ciment,

d’extrait sec d’adjuvant, de fines d’ajout et des éléments inférieurs à 63μm dans le

sable).

VF = (C/γC) + (F / γF) et 𝑉𝐹𝑜𝑝𝑡 =220

√𝐷5

On peut aussi utiliser les valeurs du tableau 34.

17. Déterminer dosage de l’adjuvant en solution. Corriger le dosage en eau pour tenir

compte de l’eau existant dans la solution d’adjuvant.

18. Enfin, il faut récapituler les dosages des constituants dans un tableau.

Conclusion

Dans ce chapitre, on a pu voir que pour augmenter la résistance d’un béton et pour

aller plus loin sur l’ajout minéral, on doit utiliser la méthode de formulation avancée de Baron

Olivier.

C’est pour cette raison que nous allons concevoir l’application web, qui utilise soit la

méthode de base soit la méthode avancée.


PAR LA METHODE BARON-OLIVIER La réalisation de l’application web


CHAPITRE IV : La réalisation de l’application web.

[10], [w15], [w16], [w17]

IV.1. Présentation de l’application

IV.1.1. Introduction

Nous avons choisi le nom « BétonCalc » pour différencier cette application avec les

autres. Ce nom provient de l’abréviation du terme « Béton Calcul ». Notre application utilise

la technologie de pointe sur le web.

Nous avons conçu ce progiciel pour :

obtenir des résultats rapides et précis dans la simulation de calcul pour la

formulation du béton : le tracé de la granularité des granulats, la courbe de

référence et la composition du béton peuvent être obtenues par un seul « clique »

après avoir choisi et introduit les spécifications du béton à calculer.

être utilisé pour la fabrication du béton, à deux granulats (béton binaire) jusqu’à

cinq granulats, selon les normes et destiné pour tout type de granulats.

faciliter l’accès aux outils nécessaires pour le calcul des constituants de béton.

éliminer l’exigence d’utiliser un ordinateur pour faire le calcul de béton ; grâce à

la flexibilité de « BétonCalc » elle peut être utilisée par tous les appareils existants

(smart phone, tablette,...).

L’application a été conçue en nous inspirant de la méthode de base et avancée de

formulation de Baron – Olivier.

IV.1.2. L’application web

IV.1.2.1. Définition

Une application web (aussi appelée web App, de l'anglais) désigne un logiciel

applicatif hébergé sur un serveur et accessible à l’aide d’un navigateur web, via un réseau

informatique (Internet, intranet, réseau local, etc.). Contrairement à un logiciel traditionnel,

l’utilisateur d’une application web n’a pas besoin de l’installer sur son ordinateur. Il lui suffit

de se connecter à l’application à l’aide de son navigateur favori. La tendance actuelle est

d’offrir une expérience utilisateur et des fonctionnalités équivalentes aux logiciels directement

installés sur les ordinateurs. Les technologies utilisées pour développer les applications web

sont les mêmes que celles employées dans la création des sites internet.

Le « Cloud computing », abrégé en Cloud (« le Nuage » en français) ou

l’informatique en nuage, est donc ce phénomène en rapide extension qui vise à faire évoluer

http://www.ideematic.com/dictionnaire-web/creer-un-site-internet-professionnel/




le modèle logiciel traditionnel vers internet et la téléphonie mobile s’intègre comme une

extension d’utilisation à ce modèle.

Figure 28 : Le « Cloud »

IV.1.2.2. Quelques exemples

Les exemples d’applications web sont bien entendu infinis. Chaque professionnel peut

avoir des besoins qui lui sont spécifiques. À titre d’exemple, nous pourrions citer :

une gestion de réservation pour un hôtel ;

un outil de facturation pour un commerçant ;

une application de gestion de dossiers patients pour un médecin ;

etc...

IV.1.2.3. Leurs avantages

Aujourd’hui et de plus en plus, il est possible de s’abonner à des applications web.

L’internaute paie alors mensuellement son accès au service en ligne. C’est le modèle

économique que l’on appelle SAAS (Logiciel en tant que service ou Software as a Service).

Nous pouvons donc résumer les principaux avantages d’une application web de la

manière suivante :

a) Maitrise de budget et diminution des coûts

La mise de départ est inexistante ;

aucune mise à niveau de votre infrastructure ;

le budget est prévisible par un abonnement mensuel fixe ;




investissement étalé dans le temps ;

vous ne payez que pour les fonctionnalités que vous utilisez ;

la facturation est proportionnelle à votre consommation réelle ;

les frais d’adaptation, de maintenance et d’améliorations sont inclus ;

vous faites une économie sur le matériel informatique.

b) Gain de temps

La mise en œuvre et le déploiement sont plus rapides (vous vous inscrivez et tout est

installé) ;

la circulation et le partage des données entre utilisateurs sont optimisés ;

vous évitez les sollicitations de personnels informatiques ;

utilisation des applications plus intuitive et plus facile.

c) Accessibilité optimisée

Accès universel depuis n’importe quel type de poste : PC, ordinateur portables,

téléphone mobile, tablette,…

aucune incompatibilité de système d’exploitation (il suffit d’avoir un navigateur) ;

vous pouvez travailler depuis n’importe quel endroit de la planète ;

vos données sont centralisées ;

vos données sont disponibles 24h sur 24 et 7j sur 7.

d) Meilleur gestion de la sécurité

vous profitez des moyens des grandes infrastructures de Datacenter ;

vos accès aux données sont contrôlés par identification et certificats ;

sauvegardes automatiques des données ;

hébergement de vos données dans un cadre contractuel de confidentialité.

e) Evolution et innovation continue

Vous bénéficiez toujours de la version la plus récente ;

aucun risque d’obsolescence ;

la mise à niveau des applications est automatique et transparentes ;

votre retour d’expérience est directement pris en compte pour des améliorations et

innovations permanentes.




IV.1.3. Environnement de développement

IV.1.3.1. Plate-forme de développement

Une plate-forme est en informatique une base de travail à partir de laquelle on peut

écrire, lire, développer et utiliser un ensemble de logiciels, applications, sites internet ou

autres projets de programmation.

On utilise la plateforme Linux pour développer « BétonCalc »

IV.1.3.2. Technologie web et langage utilisés

Comme « BétonCalc » est une application web, elle doit élaborer par les langages de

base HTML et CSS. Mais on ne peut pas tout faire avec HTML et CSS d’où le choix de leur

ajouter le langage JavaScript pour faire les calculs et servir les clients.

En principe, nous pouvons coder nativement JavaScript pour réaliser notre application.

Mais pour aller plus vite et donner satisfaction aux utilisateurs, nous avons pris donc

M.E.A.N. (Tous en langage JavaScript ou « Fullstack JavaScript » en Anglais) :

MongoDB, c’est un système de base de données (NoSQL, Open Source et orienté

document) très souple et, de ce fait, très performant;

Express.js, il s’agit en fait d’un micro-Framework pour Node.js. Il nous fournit des

outils de base pour aller plus vite dans la création d’application avec Node.js ;

AngularJS, qui est un Framework JavaScript libre et open-source développé par la

société Google. Il a pour but de simplifier la syntaxe de JavaScript, et de combler les

faiblesses de ce dernier en lui ajoutant de nouvelles fonctionnalités. Ceci permet

notamment de faciliter la réalisation d'applications web monopages (ou Single Page

Application) ;

Node.js, c’est un Framework JavaScript aussi mais sous serveur, il nous permet

d’utiliser le langage JavaScript sur le serveur. Il bénéficie de la puissance de

JavaScript pour proposer une toute nouvelle façon de développer des applications web.

IV.2. Fonctionnement de l’application

IV.2.1. Cycle de calcul

Avant d’utiliser « BétonCalc », il est nécessaire d’effectuer au laboratoire des essais de

caractérisation préalables concernant les constituants à utiliser. Les résultats obtenus seront

insérés dans les formulaires de la page de calcul de l’application en tant que données

http://fr.wikipedia.org/wiki/Informatique

http://fr.wiktionary.org/wiki/travail

http://fr.wikipedia.org/wiki/Logiciel




d’entrées, accompagnés par les données à respecter imposées par le cahier des charges

(CCTP).

Nous donnons, sur la figure suivante (figure 29), le cycle de calcul de notre

application.

IV.2.2. Lancement de l’application

D’abord, lancer un navigateur web (Google chrome, IE, Firefox, …) sur votre appareil

mobile ou desktop. Assurer que vous êtes connectés sur un réseau informatique, si oui, il

suffit de faire une recherche sur un moteur de recherche comme Google ou taper directement

l’adresse (http://www.betoncalc.m-ite.com) sur la barre de navigation. La page de

bienvenue s’affichera sur votre appareil.

La page d’accueil de « BétonCalc » est illustrée par les figures (Fig.30 et 31)

suivante :




Terminer

Figure 29 : Cycle de calcul de « BétonCalc »

Cahier des charges

- Rb28

- dosage en C dans CCTP

- consistance du béton

- mode de mise en place

- affaissement

- Classe de résistance du

ciment

Résultats de laboratoire

- toutes les masses spécifiques

- masses volumiques apparentes

- granularités des granulats

- classe granulaire

- type des granulats

- Classe vraie du ciment

- Diamètre maximale D

Choix

- nombre des granulats

- type de la méthode

(De base ou avancée)

Données nécessaires

Courbes granulométriques

Résultats pour 1m3

- Masse et volume des constituants :

o ciment (C) ou liant équivalent (L) ;

o granulats (2 à 5) ;

o Eau efficace ;

o adjuvant (avancée) ;

o addition minéral (avancée) ;

o L/E ou C/E ;

o G/S ;

o Masse volumique du béton frais.

Enregistrer

Imprimer




Figure 30 : Page d’accueil de « BétonCalc » sur Ordinateur

Figure 31 : Page d’accueil de « BétonCalc » sur Mobile




Ensuite, il reste à suivre les détails de guide d’utilisation listés dans le paragraphe

suivant.

IV.2.1. Guide d’utilisation

Pour bien accéder à l’application, il faut s’enregistrer dans la base de données de

« BétonCalc ». En cliquant sur le bouton « S’inscrire » illustré sur la figure 32 suivante :

Figure 32 : Formulaire d’inscription de « BétonCalc »

Nous dévons compléter tous les champs puis appuyer sur le bouton « S’inscrire » en

bas. Apres, la page de bienvenue s’affichera (figure 33).

Figure 33 : Page de bienvenue avec nom de l’utilisateur en haut à droite.




Dans la barre de menu (figure 33) nous avons :

trois onglets en haut à gauche : BétonCalc (Comme accueil), Projets et Contact ;

un menu « dropdown » en haut à droite sous le nom de l’utilisateur actif.

Pour aller dans la page de calcul, nous pouvons :

cliquer sur l’onglet (Dropdown) « Projets » puis sélectionner « Nouveau projet »

(figure 34).

Figure 34 : Bouton « Nouveau projet » de « BétonCalc »

clic sur le bouton « Effectuer un calcul » tout simplement (figure 35).

Figure 35 : Bouton « effectuer un calcul » de « BétonCalc »

La page de calcul s’affichera après (figure 36 ou figure 37) :




Figure 36 : Page de calcul de « BétonCalc » sur ordinateur.

Figure 37 : Page de calcul de « BétonCalc » sur Mobile.




Nous dévons choisir le nombre de granulats souhaité (figure 38) et le type de la

méthode de Baron (Figure 39).

Figure 38 : Choix du nombre de granulats de « BétonCalc »

S’il s’agit de la méthode avancée, une nouvelle formulaire suplementaire apparait

(Figure 39). « BétonCalc » utilise les valeurs de k dans les normes EN 206-1 (Cendres

Volantes et Fumée de silice) et P 18-305 (Laitier vitrifié moulu, Addition Calcaires et fillers

siliceux) [10].

Figure 39 : Choix du type de méthode avancée de « BétonCalc »




Ensuite, il est necéssaire de completer aussi le reste des champs, pour pouvoir

continuer. Les données à introduire sont :

Consistance ;

affaissement ;

masses specifiques (ciment, granulats) ;

type de serrage ;

type de milieu (agressif ou non agressif) ;

nature de l’utilisation (armé ou non) ;

nature et type des granulats ;

classe granulaire des granulats ;

diametre maximale D des granulats ;

résultats de l’analyse granulométrique.

Figure 40 : Données nécessaires avant de continuer de « BétonCalc »

Il suffit de faire un clic sur continuer (figure 40), et le tracé des courbes s’affichera.




Figure 41 : Tracé des courbes granulométriques et de la courbe de référence

sur « BétonCalc »

A titre d’information, nous pouvons utiliser la legende dynamique pour identifier

chaque courbe, comme la figure suivante le montre.

Figure 42 : Légende dynamique de « BétonCalc »




Pour afficher les résultats, il suffit de cliquer sur suivant :

Figure 43 : Bouton suivant de « BétonCalc »

La page des résultats s’affiche. Dans cette page, on a :

La composition pour 1m3 de béton (en masse : Kg/m3)

- E (eau) ;

- C (ciment);

- L (liant équivalent) ;

- Granulat 1 ;

- Granulat 2 ;

- Granulat 3 ;

- p (proportion de l’addition par rapport au ciment) ;

- Ad (addition) ;




- Adj (adjuvant) ;

la porosité ;

le rapport L/E ;

le rapport G/S ;

la densité théorique du béton frais.

Figure 44 : Page de résultats (B 10FS) de « BétonCalc »

La figure 41 précédente nous montre trois boutons : terminer, enregistrer et imprimer.

Comme son nom l’indique, pour :

enregistrer le projet il suffit de cliquer « Enregistrer » puis introduire le nom du

projet et l’enregistrement a été bien fait (figure 42) ;

imprimer les résultats cliquer «Imprimer», analogiquement (sur imprimante) ou

numériquement (sur PDF) (figure 43) ;

terminer et revenir à l’accueil, appuyer sur «Terminer ».




Figure 45 : Enregistrement du projet dans la base de données (List des projets existants)

Figure 46 : Impression des résultats sur imprimante ou sur PDF de « BétonCalc »




IV.3. Fiabilité de l’application

IV.3.1.1. Données théoriques par l’application et expérimentales

Pour vérifier que notre application marche bien et donne des résultats un peu optimisé.

Il est nécessaire de faire une diversité d’éprouvettes qui correspondent à différentes

compositions de béton : binaire et ternaire.

Nous avons effectuée des essais expérimentaux, confection de béton, en utilisant les

matières premières et données suivantes :

Ciment CEM I 42,5N de masse spécifique 3100Kg/m3 ;

béton destiné pour un environnement non agressif c’est-à-dire dans la classe

d’exposition A0 ;

ouvrages non armée ;

eau de la JIRAMA comme eau de gâchage ;

un sable de carrière (Sc) provenant de la carrière d’Ambatomaro ;

trois gravillons (Gr1, Gr2 et Gr3) provenant de la carrière d’Ambatomaro ;

Les résultats de l’analyse granulométrique des granulats sont donnés en

Annexe II.

Pour les moules, nous concevons deux éprouvettes cylindriques (16×32), c’est-à-dire

de hauteur h = 32 cm et de diamètre d = 16 cm pour chaque essais. Et pour les différents

essais et analyses, nous avons utilisés les matériels du LNTPB.

Remarques : Rb7 et Rb14 sont obtenus par l’essai destructif (écrasement à la presse). Et

on en déduit la valeur de Rb28 par la formule, obtenue par l’évolution de la résistance en

compression d’un béton en fonction de son âge (Annexe III), qui relie Rbj, Rb28 et j dans le

tableau 40.

Tableau 40 : Règles BAEL pour les bétons non traités thermiquement [w18]

J ≤ 28 Rb28 ≤ 40 MPa Rbj = j. Rb28 / (4,76+0,83j)

Rb28 > 40 MPa Rbj = j. Rb28 / (1,40+0,95j)

J = 28

Rb28 ≤ 40 MPa

Rbj = Rb28 pour les calculs de résistance

28 < J < 60 Rbj = j. Rb28 / (4,76+0,83j) pour les calculs de

déformation

J > 60 Rbj = 1,1. Rb28 pour les calculs de déformation




IV.3.1.1. Essai n¤ 1 : Confection de béton binaire

a) Données de base

Résistance cible : 15 MPa

Consistance désirée : Plastique

Affaissement A : 7cm

Serrage : vibration faible

b) Données sur les granulats

un sable (Sc) 0/5 ; Mf = 2,95 ; γSc = 2516 Kg/m3

Un gravillon (Gr1) 5/20 ; γGr1 = 2600 Kg/m3

Dmax = 20mm

c) Les résultats obtenus

Les résultats théoriques obtenus par l’application sont groupés dans le tableau

suivant et la figure 47 montre les différentes courbes:

Figure 47 : Tracé des courbes granulométriques donné par « BétonCalc »




Figure 48 : Dosages en masse de chaque constituant donné par « BétonCalc »

les résultats d’essais expérimentaux

Nous avons effectués deux éprouvettes pour évaluer la valeur de la résistance à chaque

essai et on détermine Rbj par l’essai destructif.

à l’état frais :

Tableau 41 : Caractéristiques du béton obtenu par l’essai 1.

BARON

A obtenu en Cm 7,3

Δ [kg/m3] 2402,0

Tableau 42 : Densité du béton à l’état frais et durci de l’essai 1

Densité théorique ΔT Densité réelle ΔR ΔT- ΔR

[kg/m3] 2441.7 2402,0 39.7

à l’état durci :

D’après le tableau 40, pour avoir Rb28 on utilise la formule suivante :

Rbj = j. Rb28 / (4,76+0,83j)

D’où : 𝑹𝒃𝟐𝟖 = 𝑹𝒃𝒋(𝟒, 𝟕𝟔 + 𝟎, 𝟖𝟑𝒋)/𝒋




Alors on a : Rb28(7) = 15,50 MPa et Rb28(14) = 17,00MPa

Puis on fait la moyenne, on obtient : 𝑅𝑏28 = 𝑅𝑏28(7)+𝑅𝑏28(14)

2 = 16,25 MPa

Tableau 43 : Résultats après écrasement des éprouvettes en fonction de l’âge du béton.

IV.3.1.2. Essai n¤ 2 : Confection de béton ternaire

a) Données de base

Résistance cible : 25 MPa

Consistance désirée : Ferme

Affaissement A : 4cm

Serrage : vibration normale

b) Données sur les granulats

un sable (Sc) 0/5 ; Mf = 2,95 ; γSc = 2516 Kg/m3



Dmax = 35mm

c) Les résultats obtenus

Les résultats théoriques obtenus par l’application sont groupés dans le tableau suivant

et la figure 49 montre les différentes courbes :

Résultats des

Essais [MPa]

Rb28(j)

[MPa]

Jours [j]

Rb7 10,26 15,50 7

Rb14 14,50 17,00 14

Rb28 - 16,25 28




Figure 49 : Tracé des courbes granulométriques donné par « BétoCalc »

Figure 50 : Tableau des dosages en masse de chaque constituant donné par « BétonCalc »

les résultats d’essais expérimentaux

Nous avons effectués deux éprouvettes pour évaluer la valeur de la résistance à chaque

essai et on détermine Rbj par l’essai destructif.

à l’état frais :

Tableau 44 : Caractéristiques du béton obtenu par l’essai 2.

BARON

A obtenu en cm 3,9

ΔR [kg/m3] 2487,0




Tableau 45 : Densité du béton à l’état frais et durci de l’essai 2

Densité théorique ΔT Densité réelle ΔR ΔT- ΔR

[kg/m3] 2505.4 2487,0 18.4

à l’état durci :

D’après le tableau 40, pour avoir Rb28 on utilise la formule suivante :

Rbj = j. Rb28 / (4,76+0,83j)

D’où : 𝑹𝒃𝟐𝟖 = 𝑹𝒃𝒋(𝟒, 𝟕𝟔 + 𝟎, 𝟖𝟑𝒋)/𝒋

Alors on a : Rb28(7) = 24,92 MPa et Rb28(14) = 26,00MPa

Puis on fait la moyenne, on obtient : 𝑅𝑏28 = 𝑅𝑏28(7)+𝑅𝑏28(14)

2 = 25,46 MPa

Tableau 46 : Résultats après écrasement des éprouvettes en fonction de l’âge du béton.

IV.3.1.3. Interprétation des résultats

Les écarts (ΔT- ΔR) entre les densités théorique et réelle du béton (Essai 1 et essai 2)

sont petits alors on peut dire que les deux essais donnent une composition d’environ 1m3 de

béton (pas de correction nécessaire). Et aussi, on obtient une résistance à 28 jours un peu plus

élevée mais proche de celle visée dans le cahier des charges. Alors on peut dire que

l’utilisation de notre application « BétonCalc » donne de bons résultats sur les dosages des

constituants pour avoir 1m3d’un bon béton. Alors, la fiabilité de notre application est donc

verifiée.

Résultats des

Essais [MPa]

Rb28(j)

[MPa]

Jours [j]

Rb7 16,50 24,92 7

Rb14 22,23 26,00 14

Rb28 - 25,46 28

CONCLUSION GENERALE


CONCLUSION GENERALE

CONCLUSION GENERALE


Le béton, constitué d’un mélange en proportions bien définies de ciment, de granulats

et d’eau, est l’un des matériaux le plus utilisé dans la vie humaine. Le ciment joue le rôle de

liant hydraulique et les granulats sont l’ossature du béton. L’eau utilisée joue un rôle

important dans la confection du béton. Les caractéristiques mécaniques des bétons dépendent

beaucoup des quantités respectives des différents constituants.

Dans notre travail, nous avons étudié en particulier la méthode de formulation de

béton proposée par Baron. Les particularités de cette méthode par rapport aux autres sont :

- méthode utilisable pour tous les différents types de bétons;

- méthode qui traite séparément les problèmes liés à la pâte liante et au squelette

granulaire;

L’application web « BétonCalc », facile à accéder, est conçue pour obtenir rapidement

et même facilement par un seul « clic » les dosages des constituants nécessaires pour avoir

1m3 d’un bon béton. Les résultats des essais expérimentaux nous confirment la fiabilité de

notre application web.

Malgré sa première apparition un peu difficile sur le net, comme tout autre progiciel

d’ailleurs, nous pouvons affirmer que cette « web App » est facile à manipuler : il suffit

d’introduire, respectivement, les données fixées par le cahier des charges, les masses

volumiques et densités des granulats, les résultats des analyses granulométriques dans la page

de calcul et de cliquer sur le bouton « calculer » en bas pour voir les courbes

granulométriques, puis sur le bouton « suivant » pour obtenir les résultats. D’autre part, toutes

les données et tous les résultats relatifs au cahier des charges choisies seront automatiquement

enregistrés pour des consultations et utilisations ultérieures.

Nous espérons que notre application trouvera sa place d’outil quotidien dans le

domaine du Génie Civil spécialisé Matériaux. Les suggestions et les conseils utiles pour

l’amélioration de l’application « BétonCalc » seront les bienvenus.

BIBLIOGRAPHIE


BIBLIOGRAPHIE

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Cours sur les liants minéraux en 3ème année/ 2011

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Cours de béton et mortier 4ème année / année 2012

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Informatisation de la formulation du béton inspirée de la méthode de FAURY

DEA, Science des Matériaux, ESPA 2005.

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Contribution à l’étude de valorisation des cendres volantes d’une centrale thermique de

Toamasina comme fine d’ajout minéral dans les bétons hautes performances(BHP)

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Conception et réalisation d’un logiciel pour la formulation du béton : application de la

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http://www.in2p3.fr/actions/formation/Info13/Rouet%20-%20MongoDB%20-%20Introduction.pdf

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http://www.thecodingmachine.com/sites/default/files/La%20r%C3%A9partition%20de%20charge%20dans%20MongoDB%20(1).pdf

http://www.thecodingmachine.com/sites/default/files/La%20r%C3%A9partition%20de%20charge%20dans%20MongoDB%20(1).pdf

ANNEXES

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A A

ANNEXES

ANNEXES

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A B

Annexe I : Analyse granulométrique

L'analyse granulométrique est l'opération consistant à étudier la répartition des différents

grains d'un échantillon, en fonction de leurs caractéristiques (poids, taille, ...). Parmétonymie,

c'est aussi le nom donné au résultat de cette analyse.

Processus :

Habituellement, l'analyse granulométrique fournit les proportions de grains de

différents diamètres ; cette analyse peut se faire aussi bien par tamisage que

par sédimentation dans l'eau en application de la loi de Stokes.

En fonction de la dimension et du nombre des grains composant un granulat, on dénomme les

granulats, fines, sables, gravillons ou caillou. Cependant, pour un granulat donné, tous les

grains qui le constituent n'ont pas tous la même dimension.

Pour cela, on procède au classement des grains sur une série de tamis emboîtés les uns dans

les autres. Les dimensions des mailles des tamis sont décroissantes du haut vers le bas. Le

granulat est placé sur le tamis le plus haut et par vibrations, on répartit les grains sur les

différents tamis selon leur grosseur.

Matériel utilisé :

On utilise des tamis à mailles carrées par leur ouverture ; la dimension nominale d'un

tamis correspond à la longueur du côté de la maille (en mm) (norme NF X 11-501).

Le module d'un tamis est un nombre caractéristique. La valeur du module est donnée par la

relation :

Module = 31+10log(d).

Les dimensions d'une série forment une suite géométrique :

pour les sables, on utilise les tamis d'ouverture (en mm) : 0,08-0,16-0,32-0,63-1,25-

2,5-5,0

(suite géométrique de raison 2) ;

pour les graviers et les cailloux, on utilise les tamis d'ouverture (en mm) : 6,3-8-10-

12,5-16-20-25-31,5-40-50-63-80

(suite géométrique de raison 1,259).

http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9tonymie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tamisage

http://fr.wikipedia.org/wiki/S%C3%A9dimentation

http://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Stokes

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tamis

ANNEXES

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A C

Figures des tamis à mailles carrées

ANNEXES

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A D

Annexe II : Les différentes résultats d’analyses granulométriques

Sable concassé Sc

Module d [mm] Passants cumulés

[%]

20 0.08 0

21 0.1 1

22 0.125 3

23 0.16 5

25 0.25 11

26 0.315 16

28 0.5 30

29 0.63 37.5

31 1 55

32 1.25 62.3

34 2 78

35 2.5 84

36 3.15 90

37 4 95

38 5 100

Gravier Gr1


[%]

37 4 0

38 5 5

40 8 20

41 10 30

43 16 58

44 20 90

45 25 100

Gravier Gr2


[%]

37 4 0

38 5 5

40 8 50

41 10 65

43 16 95

44 20 100 Gravier Gr3


[%]

43 16 0

44 20 5

45 25 35

46 31.5 76

47 40 95

48 50 100

ANNEXES

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A E

Annexe III : Résistance en compression d’un béton en fonction de son âge

ANNEXES

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A F

Annexe IV : Mesure de la propreté des sables (l'essai d'équivalent de sable)

La propreté des granulats peut s'apprécier de différentes façons telles que l'essai au

bleu de méthylène, d'équivalent de sable à 10 % de fines etc., mais dans ce cours, on va

présenter seulement l'essai d'équivalent de sable.

But de l'essai

Cet essai a pour but de mesurer la propreté des sables entrant dans la composition des

bétons. L'essai consiste à séparer les flocules fins contenues dans le sable. Une procédure

normalisée permet de déterminer un coefficient d'équivalent de sable qui quantifie la

propreté de celui-ci.

Principe de l'essai

L'essai est effectué sur la fraction 0/2 mm du sable à étudier. On lave l'échantillon,

selon un processus normalisé, et on laisse reposer le tout. Au bout de 20 minutes, on mesure

les éléments suivants :

- hauteur h1 : sable propre + éléments fins,

- hauteur h2 : sable propre seulement.

On en déduit l'équivalent de sable qui, par convention est (figure 3.6.1). L'essai dit

d'équivalent de sable - permet de déterminer le degré de propreté du sable :

𝑬𝑺 =𝒉𝟏

𝒉𝟐× 𝟏𝟎𝟎

Selon que la hauteur h2 est mesurée visuellement ou à l'aide d'un piston, on détermine ESV

(équivalent de sable visuel) ou ES (équivalent de sable au piston)

ANNEXES

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A G

Annexe V : Extrait de code dans le service (cœur de l’application) AngularJS

de « BétonCalc ».

// Determination de E en L/m3 avec les deux corrections nécessaires

detE: function (D) {

var E1,

type = options.consistance.tyype,

aff = parseInt(options.consistance.affaissement);

var aff1 = aff >= 0 && aff <= 4,

aff2 = aff >= 5 && aff <= 9,

aff3 = aff >= 10 && aff <= 15;

var nbrDeG = options.nbrDeGranulat,

E2, E3, E;

var typeDeG1 = options.granulat1.typeDeGranulat,

typeDeG2 = options.granulat2.typeDeGranulat,



typeDeG5 = options.granulat5.typeDeGranulat;

var typeGranulat = getTypeGranulat(typeDeG1, typeDeG2, typeDeG3, typeDeG4,

typeDeG5);

if (type === "F" && aff1) {

E1 = 160;

}

else if (type === "P" && aff2) {

E1 = 190;

}

else if (type === "TP" && aff3) {

E1 = 210;

}

else {

$window.alert('verifiez votre donnée svp! Il y a une incohérence sur le type de

consistance et l\'Affaissement.');

return 0;

}

// Correction1 pour E1

var E1Correction = calculateE1Correction(nbrDeG, typeGranulat);

if (!E1Correction || E1Correction === 0) {

$window.alert('verifiez votre donnée d\'entrée svp! Erreur sur la détermination de

E.');

return 0;

}

E2 = E1 * E1Correction;

// Correction apportez pour E2

var E2Correction = calculateE2Correction(D);

if (!E2Correction || E2Correction === 0) {

$window.alert('verifiez votre donnée d\'entrée svp! Erreur sur la détermintion de

E.');

return 0;

}

ANNEXES

RANDRIAMANANA Judicaël | Science et Ingénierie des Matériaux | E.S.P.A H

E3 = E2 * E2Correction;

// Arrondisser à trois chiffres apres la virgule de la resultat

E = Round3Digit(E3);

return E;

},

//determination de C

detC: function (C1, C2, C3) {

var C;

C = Math.max(C1, C2, C3);

return C;

},

//Determination de Kv

detKv: function (E, Va) {

var Kv,

K;

K = (E) / (E + Va);

Kv = Round3Digit(K);

return Kv;

},

//Calcul de C1

calculC1: function (Rb, E, Fce, Kb, Kv) {

var C1, C;

// C = ((Rb / (Kb * Fce)) + 0.5) * ((E) + (Va)); ou

C = ((Rb / (Kb * Fce)) + (0.5)) * (E / Kv);

// Arrondisser C pour avoir C1

C1 = Round3Digit(C);

return C1;

},

TABLE DES MATIERES

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TABLE DES MATIERES

REMERCIEMENTS .............................................................................................................................................. I

LISTE DES ABREVIATIONS ................................................................................................................................. II

LISTE DES TABLEAUX ....................................................................................................................................... IV

LISTE DES FIGURES .......................................................................................................................................... VI

LISTE DES ANNEXES ....................................................................................................................................... VIII

SOMMAIRE ..................................................................................................................................................... IX

INTRODUCTION GENERALE .............................................................................................................................. 1

PARTIE I : GENERALITES ET ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES .................................................................................. 4

CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES CONSTITUANTS DU BETON. ................................................................. 5

I.1. LES CIMENTS ................................................................................................................................................. 5

I.1.1. Définition ......................................................................................................................................... 5

I.1.2. Historique ........................................................................................................................................ 5

I.1.3. Les constituants du ciment .............................................................................................................. 5

I.1.4. Procédé de fabrication du ciment :.................................................................................................. 8

I.1.5. Normalisation et classification des ciments .................................................................................. 12

I.1.6. Types de ciments et classification ................................................................................................. 12

I.1.7. Caractéristiques du ciment ............................................................................................................ 15

I.2. LES GRANULATS POUR BETON ......................................................................................................................... 22

I.2.1. Terminologie suivant les normes ................................................................................................... 22

I.2.2. Définitions selon SN EN 12620 ...................................................................................................... 22

I.2.3. Teneur en farines ........................................................................................................................... 28

I.2.4. Caractéristiques ............................................................................................................................. 28

I.3. L’EAU DE GACHAGE ...................................................................................................................................... 33

I.3.1. Définitions et rôles......................................................................................................................... 33

I.3.2. Exigences relatives à l’eau de gâchage selon SN EN 1008 ............................................................ 33

I.4. LES ADJUVANTS ........................................................................................................................................... 34

I.4.1. Définition et classification ............................................................................................................. 34

I.4.2. Dosage ........................................................................................................................................... 35

I.4.3. Adjuvants et environnement ......................................................................................................... 36

I.5. LES ADDITIONS ............................................................................................................................................ 36

I.5.1. Définition ....................................................................................................................................... 36

TABLE DES MATIERES

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I.5.2. Classification ................................................................................................................................. 37

CHAPITRE II : LE BETON. .......................................................................................................................... 39

II.1. GENERALITES ......................................................................................................................................... 39

II.2. CLASSIFICATION ...................................................................................................................................... 39

II.2.1. Suivant la masse volumique .......................................................................................................... 39

II.2.2. Suivant la nature du liant .............................................................................................................. 40

II.2.3. Suivant la nature du plus gros granulat utilisé .............................................................................. 40

II.2.4. Classe de résistance ....................................................................................................................... 40

II.2.5. Classe de consistance .................................................................................................................... 42

II.2.6. Classe de chlorures ........................................................................................................................ 43

II.2.7. Classe d’expositions ....................................................................................................................... 44

II.2.8. Suivant leur mode de spécification ................................................................................................ 45

II.3. CARACTERISTIQUES PRINCIPALES DU BETON FRAIS .......................................................................................... 48

II.3.1. L’ouvrabilité et consistance du béton frais .................................................................................... 48

II.3.2. Masse volumique du béton frais ................................................................................................... 49

II.4. METHODES DE COMPOSITIONS DU BETON .................................................................................................... 50

II.4.1. Méthode de Bolomey .................................................................................................................... 50

II.4.2. Méthode d’Abrams ........................................................................................................................ 50

II.4.3. Méthode de Valette ....................................................................................................................... 51

II.4.4. Méthode de Faury ......................................................................................................................... 52

II.4.5. Méthode de Joisel .......................................................................................................................... 53

II.4.6. Méthode de Dreux-Gorisse ............................................................................................................ 54

II.4.7. Méthode Baron-Olivier .................................................................................................................. 54

II.5. DEFORMATION DES BETONS ...................................................................................................................... 55

II.5.1. Le retrait ........................................................................................................................................ 55

II.5.2. Le fluage ........................................................................................................................................ 56

II.5.3. Effet « Poisson » ............................................................................................................................ 56

II.5.4. Ségrégation ................................................................................................................................... 56

II.5.5. Fissuration ..................................................................................................................................... 59

PARTIE II : ELABORATION DE L’APPLICATION WEB POUR LA FORMULATION DU BETON PAR

LA METHODE BARON-OLIVIER ............................................................................................................ 60

CHAPITRE III : LA METHODE BARON-OLIVIER. .......................................................................................... 61

III.1. METHODE DE BASE .................................................................................................................................. 61

III.1.1. Détails concernant cette méthode............................................................................................ 61

III.1.2. Données et formulation de base ............................................................................................... 65

III.2. METHODE AVANCEE DE BARON ................................................................................................................. 67

TABLE DES MATIERES

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III.2.1. Détails ....................................................................................................................................... 67

III.2.2. Mode opératoire ....................................................................................................................... 70

CHAPITRE IV : LA REALISATION DE L’APPLICATION WEB. .......................................................................... 74

IV.1. PRESENTATION DE L’APPLICATION............................................................................................................... 74

IV.1.1. Introduction .............................................................................................................................. 74

IV.1.2. L’application web...................................................................................................................... 74

IV.1.3. Environnement de développement ........................................................................................... 77

IV.2. FONCTIONNEMENT DE L’APPLICATION ......................................................................................................... 77

IV.2.1. Cycle de calcul ........................................................................................................................... 77

IV.2.2. Lancement de l’application....................................................................................................... 78

IV.2.1. Guide d’utilisation .................................................................................................................... 81

IV.3. FIABILITE DE L’APPLICATION ....................................................................................................................... 90

IV.3.1.1. Données théoriques par l’application et expérimentales ......................................................... 90

CONCLUSION GENERALE ................................................................................................................................ 96

BIBLIOGRAPHIE .............................................................................................................................................. 98

WEBOGRAPHIE ............................................................................................................................................. 101

ANNEXES .......................................................................................................................................................... A

ANNEXE I : ANALYSE GRANULOMETRIQUE .................................................................................................................... B

ANNEXE II : LES DIFFERENTES RESULTATS D’ANALYSES GRANULOMETRIQUES ....................................................................... D

ANNEXE III :RESISTANCE EN COMPRESSION D’UN BETON EN FONCTION DE SON AGE ............................................................. E

ANNEXE IV : MESURE DE LA PROPRETE DES SABLES (L'ESSAI D'EQUIVALENT DE SABLE) ........................................................... F

ANNEXE V : EXTRAIT DE CODE DANS LE SERVICE (CŒUR DE L’APPLICATION) ANGULARJS DE « BETONCALC ». ........................... G

TABLE DES MATIERES ....................................................................................................................................... A

Auteur : RANDRIAMANANA Judicaël

Titre : Elaboration d’une application Web - BETONCALC pour la

formulation du béton - Utilisation de la méthode Baron-Olivier »

Nombre de page : 103

Nombre de tableaux : 46

Nombre de figures : 50

Nombre des annexes : 5

RESUME

Ce mémoire consiste à étudier le béton, ses constituants et leur formulation. Il existe

plusieurs méthodes de formulation de béton, mais en particulier, nous avons étudié celle de

Baron-Olivier dans ce travail. Grace à la méthode de Baron avancée, nous pouvons faire la

formulation des BHP, BUHP et BAP en introduisant la conception du coefficient k.

L’application conçue est un produit de la technologie de pointe, qui a utilisé la

méthode de Baron de base et/ou avancée. Sa facilité d’utilisation et sa performance

intéresseront surement tous les utilisateurs voulant confectionner un bon béton.

En effet, cette application donne des résultats précis et sa fiabilité a été vérifiée

expérimentalement.

Mots clés : Béton, formulation, Baron-Olivier, Baron avancée, application web, BétonCalc,

résistance à la compression, JavaScript.

ABSTRACT

This dissertation is to study the concrete, its components and formulation. There are

several methods of formulating concrete, but in particular, we studied the Baron Olivier in

this work. Thanks to the advanced Baron method, we can make the formulation of BHP

UHPC BAP and by introducing the concept of coefficient k.

The application developed is a product of advanced technology, which used the

method of Baron basic and / or advanced. Its ease of use and performance surely will interest

all users wishing to make a good concrete.

Indeed, this application provides accurate and reliable results was verified

experimentally.

Keywords: Concrete, formulation, Baron Olivier, Baron Advanced, web application,

BétonCalc, compressive strength, JavaScript.

Coordonnées de l’auteur : +261 32 02 163 48

E-mail : [email protected]

Facebook : [email protected]

Directeur de mémoire : Professeur RANAIVONIARIVO Velomanantsoa Gabriely.

mailto:[email protected]

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