Chapitre 4 PROTOCOLE EXPERIMENTAL 64
3. COMPARAISON DES PERORMANCES MECANIQUES DES BLOCS
CUISSON
3.1. La résistance en flexion 3 points
Graphe 7 : Les résistances en traction par flexion des blocs
Le Graphe 7 nous permet de constater que pour les échantillons témoins (sans ajout de cendres), l’argile stabilisée à la cuisson offre de meilleures résistances en traction par flexion que la terre de barre stabilisée au ciment.
Les ajouts de cendres ont un effet inverse sur les deux types de matériaux ; en effet, pour la terre de barre stabilisée au ciment, on note une légère croissance de la résistance en traction par flexion en fonction de la teneur en cendres, alors que dans le cas de l’argile stabilisée à la cuisson, on assiste plutôt à une diminution jusqu’à des valeurs inférieures à celle de la terre de barre autour de 20% de cendres.
Dans la pratique, les deux matériaux ne peuvent donc pas être utilisés pour les mêmes fins. La terre de barre stabilisée au ciment avec ajout de cendres (à 20%) montre les caractères d’un matériau pouvant être utilisé pour les éléments de construction à même d’être sollicité en traction ; en présence de cendres, l’argile stabilisée à la cuisson n’offre aucun intérêt mécanique pour les éléments pouvant être sollicités en traction.
2,4 2,4 2,6
Comparaison des resistances en traction par flexion des deux types de blocs etudies
CIMENT CUISSON Linéaire (CIMENT) Linéaire (CUISSON)
3.2. La résistance en compression
Graphe 8: Les résistances en compression des blocs
Sur le Graphe 8 ci-dessus, on constate que contrairement au constat fait en traction, la résistance en compression des blocs d’argiles sans ajout de cendres est inférieure à celle de la terre de barre stabilisée.
Avec les ajouts de cendres, les résistances mécaniques en compression augmentent au niveau des deux matériaux. Il est quand même à noter que l’effet sur l’argile est plus prononcé ; en effet à partir de 10% d’ajout, la résistance en compression de l’argile stabilisée par cuisson devient supérieure à celle de la terre de barre stabilisée au ciment pour une valeur maximale au tour de 20%.
Les deux matériaux peuvent donc être utilisés pour les éléments de construction sollicités en compression ; à noter que l’argile stabilisée avec ajout de cendres offre un meilleur intérêt.
Au regard des meilleures performances mécaniques (résistances en traction par flexion et en compression) observées au niveau des blocs à 20 % de dosage en cendres, nous considérons ce dosage comme idéal tant pour la terre de barre que pour l’argile en blocs comprimés et stabilisés. Ces résultats sont conforment à ceux de la littérature où les mélanges béton contenant 20 % de cendres volantes ont présenté des résistances comparables, voire meilleures aux mélanges sans cendres volantes [20].
5,2 5,4 5,8
Comparaison des resistances en compression des deux types de blocs etudies
CIMENT CUISSON Linéaire (CIMENT) Linéaire (CUISSON)
116
C
hapitre 9INFLUENCE DE L’AJOUT DE CENDRES SUR LA CONDUCTIVITE THERMIQUE DES BLOCS
La conductivité thermique renseigne sur la capacité d’isolation d’un matériau : plus elle est faible, meilleure est la capacité d’isolation. Exprimée en W.m−1.◦C−1, elle caractérise la facilité de transfert de la chaleur dans la matière et dépend des matériaux constitutifs, de la densité, de la porosité et de la température. Les matériaux poreux sont considérés comme meilleurs isolants, alors que les moins poreux (denses et absorbants) ont un haut pouvoir d’isolation acoustique [33]. Dans ce chapitre, l’influence des cendres sur la conductivité thermique des blocs stabilisés au ciment et par cuisson est appréciée.
1. INFLUENCE SUR LES BLOCS DE TERRE STABILISES AU CIMENT
Le Graphe 9 présente la conductivité thermique à 21, 28 et 45 jours des différents types d’éprouvettes.
Graphe 9 : Influence sur la conductivité thermique des blocs de terre de barre stabilisés au ciment
Influence du dosage en cendres sur la conductivité thermique de la terre de barre
stabilisée au ciment
21 JOURS 28 JOURS 45 JOURS
Quel que soit le dosage en cendres (F0, F1, F2, F3, F4, F5 ou F6), la conductivité thermique évolue en sens inverse de l’âge. Plus l’ajout en cendres est important, plus faible est la conductivité des blocs. Rappelons, que moins un matériau conduit de la chaleur, meilleur isolant il est. Cependant, il ne s’agit pas de mettre indéfiniment les cendres dans le matériau mais de trouver un dosage optimal pouvant offrir le meilleur pouvoir isolant possible tout en garantissant un minimum de performance mécanique.
A 45 jours d’âge, nous obtenons au niveau du dosage à 20% de cendres présentant les performances mécaniques maximales, une valeur de conductivité λ de 1,01 W.m-1.K-1. Cette valeur est comprise dans l’intervalle préconisé 0,8 ≤ λ ≤ 1,3 (W.m-1.K-1) pour les blocs stabilisés au ciment [2].
En combinant donc les résultats thermiques et mécaniques obtenus sur les blocs stabilisés au ciment avec ajout de cendres, on peut déduire que ces blocs (type F), avec ajout de 20% de cendres peuvent être utilisés pour des éléments de construction travaillant en compression et ou traction et pour lesquels il est souhaité un certain pouvoir isolant.
2. INFLUENCE SUR LES BLOCS D’ARGILE STABILISES PAR CUISSON
Graphe 10 : Influence sur la conductivité thermique des blocs d’argile stabilisés par cuisson
Influence du dosage en cendres sur la conductivité thermique des blocs d'argile
stabilisés par cuisson
Le Graphe 10 nous montre que les valeurs de conductivité des blocs cuits sont relativement faibles. On observe également que la conductivité évolue en sens inverse du dosage en cendres. Le matériau étudié à 20% de cendres à une conductivité λ égale à 0,58 W.m-1.K-1 ; valeur comprise dans l’intervalle préconisé 0,3 ≤ λ ≤ 0,8 (W.m-1.K-1) pour les blocs stabilisés par cuisson [2]. Il est donc un meilleur isolant comparativement au bloc témoin. Les cendres améliorent donc la conductivité thermique du matériau de base.
3. COMPARAISON DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE DES BLOCS STABILISES AU CIMENT A CEUX STABILISES PAR CUISSON
Graphe 11 : La conductivité thermique des blocs
Le Graphe 11 montre que la conductivité thermique des blocs cuits diminue en fonction du dosage. Celle des blocs à froid (stabilisés au ciment) augmente par contre légèrement sans toutefois excéder la plage recommandée pour leur famille de matériaux.
Ces résultats comparés aux valeurs du Tableau 10 permettent donc de conclure sur le caractère isolant des cendres. La cendre améliore le caractère isolant des blocs, c’est donc un matériau isolant. Ainsi, pour une masse donnée, en augmentant le pourcentage massique de ce matériau de 0 à 20% dans les blocs, on rend par conséquent ces derniers plus isolants thermiquement avec de bonnes tenues mécaniques.
Comparaison des conductivités thermiques des deux types de blocs étudiés
CIMENT CUISSON
Tableau 10 : Propriétés thermiques de quelques matériaux [10]
Ce chapitre a montré l’influence des cendres sur la conductivité thermique des blocs. Il en ressort que les différents blocs élaborés avec ajout de 20 % de cendres sont de bons isolants thermiques avec des valeurs de conductivité comparables à celles préconisées pour ces types de blocs.
Matériaux Masse volumique (kg.m3) Conductivité (W m-1 K-1)
Blocs de terre comprimée 1700 – 1900 1,05
Terre cuite 1700 – 2100 1 – 1,25
Bétons
Béton plein (granulats) 1600 – 2400 0,8 – 1,75
Béton caverneux (granulats) 1000 – 2000 0,35 – 0,7
Béton de perlite 400 – 800 0,24 – 0,31
Béton de bois 250 – 650 0,10 – 0,16
120
C
hapitre 10LES POSSIBILITES D’UTILISATION DES MATERIAUX ETUDIES Dans ce chapitre, nous présentons les possibilités d’utilisation des composites ayant la composition optimale. Ainsi, les blocs confectionnés à 20% de dosage en cendres ont été appréciés pour leur utilisation dans le bâtiment et l’application du composite terre de barre-cendres en construction routière est analysée.
1. TENUE MECANIQUE DES BLOCS
Les différents tests effectués sur les matériaux de base et les BTC réalisés aboutissent à :
-
L’argile en présence est de la classe A4 « argiles et argiles marneuses, très plastiques…).-
La terre de barre est classée : A2ts c’est-à-dire sables fins argileux, limons, argiles et marnes peu plastiques, arènes…dans un état très sec.-
Des Blocs réalisés, ceux de type 2 c’est-à-dire "F2" avec une résistance en compression à 28 jours d’âge de « 5,8 MPa » et "C2" avec une résistance de « 9,2 MPa » sont les meilleurs dans chacun des deux cas étudiés car ayant les résistances les plus importantes.-
En traction par flexion, les Blocs "F2" se démarquent également des autres par la valeur de résistance à 28 jours d’âge de « 2,6 MPa » qui reste supérieure à celle du Bloc Témoin "F0" « 2,4 MPa ». S’agissant des Blocs "C2", les faibles valeurs de résistances sont obtenues en traction par flexion « 1,3 MPa » devant « 3,9 MPa » pour les Blocs "C1" et « 6,6 MPa » pour les Blocs "C0".Au regard de tout ce qui précède, et conformément aux valeurs exigées pour la résistance minimale en compression (≥2 MPa) [10], les Blocs de type F2 sont de tout point de vu mécaniquement acceptables. Quant aux Blocs Stabilisés par Cuisson, on peut choisir aussi bien les Blocs "C1" comme "C2". Bien entendu, "C2" serait plus avantageux économiquement en raison de la proportion de cendres qu’il contient et du gain obtenu par rapport aux matériaux constitutifs ; les cendres étant à l’heure
actuelle disponibles sans grandes dépenses financières contrairement aux autres matériaux de la préparation. Mais la faible valeur de sa résistance en traction pourrait limiter son emploi en fonction de l’usage qui en sera fait.
2. CLASSIFICATION DES BLOCS
Dans cette partie, nous faisons usage de la norme ARS 673-1996 : Blocs de terre comprimée, Norme de définition, classification et désignation des maçonneries en blocs de terre comprimée [34]. Les blocs confectionnés ont été obtenus par compression statique de la terre à l’état humide suivie d’un démoulage immédiat. Ce sont donc des
« Blocs de Terre Comprimée (BTC) ». Différents éléments permettent de les classifier.
2.1. Classification par type
Les BTC confectionnés sont de forme parallélépipédique rectangle plein, ne comportant de relief sur aucune face, ils sont classifiés « BTC type 1 » selon la norme ARS 673-1996.
2.2. Classification suivant l’utilisation
Dans cette classification, on les retrouve au sein des « BTC Ordinaires (BTC O) », c’est-à-dire des Blocs de Terre Comprimée destinés à être recouverts par une protection quelconque.
2.3. Classification selon le domaine d’emploi
Cette classification tient compte des sollicitations mécaniques et environnementales.
Par rapport aux sollicitations mécaniques les BTC obtenus à 20% de dosage en cendres se retrouvent aussi bien dans l’une ou l’autre des catégories suivantes :
-
« La catégorie 1 » : éléments de structure non porteurs et éléments de structure pouvant résister à des sollicitations faibles par des charges extérieures.-
« La catégorie 2 » : éléments de structure pouvant résister à des sollicitations importantes par des charges extérieures.Par rapport aux sollicitations environnementales, les BTC élaborés se retrouvent dans la « catégorie S » c’est-à-dire les éléments de structure se trouvant en milieu sec
sans risque d’humidification. Ils peuvent donc servir de cloisons intérieurs ou de murs extérieurs non exposés ou protégés des agressions de l’eau.
Conformément à la norme sur les blocs de terre comprimée [34], la désignation des Blocs de Terre Comprimée comprend dans l’ordre, les indications suivantes :
-
Désignation du produit : BTC pour « Bloc de Terre Comprimée ».-
Désignation selon l’utilisation : O pour « ordinaire » P pour « parement »PN pour « parement normal » PF pour « parement fin ».
-
Désignation selon les sollicitations mécaniques 1 pour « catégorie S »2 pour « catégorie P » 3 pour « catégorie C »
-
Désignation selon les sollicitations environnementales hydriques A pour « catégorie A »Tableau 11 : Caractéristiques mécaniques, hydriques et physiques exigées pour les BTC ordinaires [34]
Au regard du Tableau 11 et de tout ce qui précède, les Blocs élaborés sont des
« BTC O 2 S » c’est-à-dire des Blocs de Terre destinés à être recouverts par une protection quelconque (Ordinaires) utilisés en éléments de structures et pouvant résister à des sollicitations importantes par des charges extérieures (2) en milieu sec sans risque d’humidification (S).
Mais compte tenu du caractère composite du matériau élaboré de par son amélioration à la cendre, et en abscence de résultats sur l’absorption d’eau et l’abrasion du matériau élaboré, la norme recommande par mesure de sécurité de pallier cette déficience en augmentant les exigences pour la résistance à la compression à sec et /ou humide d’une catégorie.
Ainsi donc, les Blocs réalisés et caractérisés sont donc désignés par « BTC O 1 S » c’est-à-dire des Blocs de Terre destinés à être recouverts par une protection quelconque (Ordinaires) utilisés en éléments de structures non porteurs et éléments de structures pouvant résister à des sollicitations faibles (1) en milieu sec sans risque d’humidification (S).
Ces nouveaux matériaux obtenus peuvent donc servir d’éléments de remplissage dans une structure porteuse, exemple d’un bâtiment en Rez De Chaussée (RDC) en éléments de stucture porteurs. Cependant, il faudra veiller à les protéger des intempéries en les utilisant comme cloisons intérieurs ou en réalisant des débords de toiture importants, des protections contre le rejaillissement, des soubassements suffisamment élevés ou encore un drainage en pieds de murs.