Essai de traction (NF B 51-017)[80] - E TUDE DES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES

SECTION 2 : R EVUE DE LITTERATURE

2. MATERIELS ET METHODES

2.2. E TUDE DES CARACTERISTIQUES PHYSIQUES ET MECANIQUES DES LIANES

2.2.5. Essai de traction (NF B 51-017)[80]

2.2.5.1. But

L’essai permet de déterminer la résistance à la rupture en traction parallèle au fil d’éprouvettes de bois petites dimensions, de droit fil, sans nœud ni défaut.

2.2.5.2. Principe

Il s’agit de déterminer la contrainte de rupture sous une charge de traction progressivement croissante, exercée parallèlement au fil du bois.

2.2.5.3. Matériels

- presse 50 KN universelle ;

- dispositif d’application de charge de traction ; - capteur de force numérique 50KN ;

- capteur de déplacement numérique ; - instrument de mesure (pied à coulisse).

2.2.5.4. Méthodologie

 Préparation de l’échantillon

Pour l’essai, les éprouvettes recommandées sont représentées sur la figure (2.1)

ci-dessous. Compte tenu de la section très réduite des éprouvettes de rotin, nous avions maintenu la section constante même au niveau des ancrages. Le taux d’humidité des éprouvettes est déterminé avant l’essai. Nous avons constaté qu’il était supérieur à 14%, donc nous avons procédé à un léger séchage au soleil pour espérer avoir un taux autour de 12%. Les

éprouvettes ont une longueur de 10,004 ±0,03 cm chacune. A l’aide de l’instrument de mesure (pieds à coulisse), prendre à mi- longueur le diamètre de l’éprouvette. Comme le prévoit la norme, nous avons déterminé le taux d’humidité des éprouvettes juste après les écrasements.

Figure 2-1 : éprouvettes de traction recommandées (dimensions en mm)

 Mise en œuvre de l’essai

Une éprouvette est serrée dans les mors de l'appareil d'essai et une charge est appliquée jusqu’à la rupture de l’éprouvette. Les capteurs de déplacement mesurent l'élongation. Le principe de l’essai ne permet que d’enregistrer les forces (F) et les déplacements (L). Pour avoir les courbes contraintes-déformations, on a procédé après recueillement des données aux opérations suivantes :

Le module de Young a été calculé par la pente de la tangente à l’origine de la courbe contrainte– déformation limitée de 10 à 30% de la force de rupture (Farah, Badorul, Megat, &

Ramadhansyah, 2011). La contrainte correspondante à la force appliquée la plus élevée est la résistance à la traction du matériau testé. La limite d'élasticité quant à elle est la contrainte correspondant à 0,5% de déformation. Pour obtenir cette limite élastique, nous traçons la parallèle à la tangente à l’origine et passant par 0,5% de déformation[61][81].

Photo 2-3: Exécution de l’essai de traction

2.3. Etude de la formulation du béton

Les constituants du béton de latérite se présentent comme suit :

 Le ciment

Le ciment est présenté sous la forme d’une poudre minérale fine. Il forme avec l’eau une pâte qui se fige et durcit. Ce liant hydraulique permet d’agglomérer des substances variées appelées agrégat ou granulat.

Il existe plusieurs types de ciment, mais le type de ciment utilisé dans le cadre la formulation est le ciment Portland composé haute résistance CEMII/B-LL 42,5R pour la méthode des volumes absolus et le CPJ 35 pour la méthode de DREUX GORISSE. Ces deux catégories sont produites par la Nouvelle Cimenterie du Bénin S.A (NOCIBE).

Le CEMII/B-LL 42, R est un ciment au calcaire plus environ 21 à 35% d’ajout ; à prise rapide, comportant un taux de carbone organique < 0,2% et ayant une résistance minimum à 28 jours évaluée à 42,5 MPa.

 L’eau

L’eau utilisée pour la formulation est l’eau du réseau du CAMPUS.

 Les granulats

Il s’agit du graveleux latéritique prélevé d’une carrière située à Attolinga dans la commune d’Allada. Le graveleux latéritique est séparé en deux classes 0/5 et 5/25. Les caractéristiques physiques ont été déterminées et présentées dans le chapitre 3 objet des résultats et discussions.

Pour définir les proportions du sable, gravier, eau et ciment ; on doit utiliser une méthode de formulation de béton parmi celles proposées par des spécialistes tels que Bolomey, Faury, Vallette, Dreux-Gorisse, Joisel ...etc.

La méthode des volumes absolus, est celle que nous avons retenue en raison de sa simplicité à déterminer les différents composants et surtout qu’elle permet d’étudier plusieurs paramètres à la fois.

Cependant, afin de cerner quelques paramètres du béton à réaliser, nous avons procédé en un premier temps à une formulation par la méthode de Dreux-Gorisse.

2.3.1. Formulation par la méthode de Dreux-Gorisse

Plusieurs étapes de calcul successives sont nécessaires à l’obtention de la formulation théorique du béton :

 détermination du rapport C/E ;

 détermination de C et E ;

 détermination du mélange optimal à minimum de vides ;

 détermination de la compacité du béton ;

 détermination des masses de granulats ;

 essais d’ajustement de la formule.

Tous les tableaux et abaques relatifs à cette méthode sont regroupés en Annexe III

 Les données de base

 Dimension maximale des granulats D= 25 mm.

 Résistance nominale 𝜎_𝑛=200 bars.

 Affaissement au cône : A= 5 cm.

 Moyen de serrage : vibration normale.

 Les granulats dont on dispose sont :

- sable latéritique de poids spécifique égal à 2,68 ; de densité apparente 1,26 et de module de finesse égal à 2,00 ;

- nodule latéritique de poids spécifique égal à 2,82 ; de densité apparente 1,35;

 Le ciment utilisé est le CPJ 35 de classe vraie б’c = 400 bars de poids spécifique égal à 3,1.

2.3.2. Formulation par la méthode des volumes absolus

L’objectif de cette étude étant de retenir une formulation ayant de meilleures caractéristiques comparée à l’ensemble, il s’agira donc de faire varier la quantité d’eau et le dosage en ciment dans le mélange et par conséquent les quantités de sable et de gravier afin d’en déduire les valeurs optimales. De ce fait, nous partons de la méthode de Dreux Gorisse tout en prenant comme acquis le rapport N/S et la méthode de conservation des éprouvettes. La formulation de Dreux Gorisse nous a permis de remarquer que le rapport N/S= 2,15. Pour améliorer la formulation, nous avons plusieurs possibilités :

 augmenter le dosage en ciment

 diminuer le dosage en eau mais il est impératif de maintenir une plasticité suffisante, ce qui fait appel à un adjuvant fluidifiant ;

 utiliser un autre type de granulats ;

 utiliser un ciment à durcissement plus rapide ;

 on peut également augmenter le rapport N/S en diminuant un peu de la qualité de sable au profit du gravier, mais dans ce cas, il faut faire attention à la diminution de l’ouvrabilité.

Pour ce faire, nous allons varier les dosages en ciment de 350 à 450 kg/m3 à pas de 50 Kg et nous allons faire varier le ratio E/C de 0,50 à 0,8.

Comme le propose la norme ACI, un mètre cube de béton obtenu par la méthode des volumes absolus correspond à la somme totale des volumes absolus de chaque constituant plus

le volume de l’air entrainé et de l’air piégé. Ainsi, il est possible d’écrire l’équation

VV : volume absolu des vides entraînés et/ou des vides piégés dans le béton

On obtient l’équation ci-dessous après transformation des autres volumes de l’équation (2.16) par le rapport masse sur masse volumique.

𝐶

𝑆 est la masse du sable latéritique en tonne

𝑁 est la masse des nodules en tonne

𝐸 est la masse de l’eau en tonne

Les inconnues de cette équation sont : les proportions de granulats, le dosage en ciment, la quantité d’eau et le volume des vides.

Posons alors : 𝑘_𝑒 : le rapport E/C

𝑘_𝑏 : le rapport N/S

Ne pouvant étudier tous les paramètres à la fois, nous proposons de poser certaines constantes comme suit :

 le volume de vide Vv = 15% [82] ;

 le rapport N/S= 2,5 [83].

En donnant donc différentes valeurs au ratio E/C, et à C, on obtient les proportions définies dans le tableau suivant :

Tableau IV : Proportion des constituants des différents mélanges

Les quantités d’eau dans le tableau ci-dessus ne tiennent pas compte de l’absorption des granulats. Pour la fabrication du béton, il va falloir y tenir compte pour avoir une bonne

2.4. Etude des caractéristiques physiques et mécaniques du béton de latérite

2.4.1. Détermination de l’affaissement (NF EN 12350-2)[84]

2.4.1.1. But

Cet essai vise la détermination de la consistance du béton frais par l'essai d'affaissement.

2.4.1.2. Principe

Le béton frais est compacté dans un moule ayant la forme d'un tronc de cône. Lorsque le cône est soulevé verticalement, l'affaissement du béton permet de mesurer sa consistance.

2.4.1.3. Matériels

- Le cône d’Abrams ; - une tige de piquage ;

- une règle, graduée de 0 mm à 300 mm ; - une surface ou un plateau de base ; - l’huile à démoulage;

- une main-écope ; - une minuterie.

2.4.1.4. Méthodologie

La plaque d’appui est légèrement humidifiée et le moule légèrement huilé y est fixé. Le béton est introduit dans le moule en 3 couches d’égales hauteurs qui seront mises en place au moyen de la tige de piquage actionnée 25 fois par couche (la tige doit pénétrer la couche immédiatement inférieure). Après avoir arasé en roulant la tige de piquage sur le bord supérieur du moule, le démoulage s'opère en soulevant le moule avec précaution. Le béton n’étant plus maintenu s’affaisse plus ou moins suivant sa consistance. Celle-ci est caractérisée par cet affaissement, noté A, mesuré grâce au portique et arrondi au centimètre le plus proche. La mesure doit être effectuée sur le point le plus haut du béton et immédiatement après le démoulage.

2.4.2. La masse volumique du béton frais (NF EN 12350-6) [85]

2.4.2.1. But

Cet essai permet de déterminer la masse volumique du béton frais applicable en laboratoire et in situ.

2.4.2.2. Principe

Le béton frais est mis en place dans un récipient rigide et étanche à l'eau, puis pesé.

2.4.2.3. Matériels

- Étalonner le récipient afin d'obtenir le volume du récipient (V) ;

- Le récipient doit être pesé afin de déterminer sa masse (𝑚₁) et la valeur obtenue doit être enregistrée ;

- Mettre en place le béton en deux couches au minimum dans le récipient ;

- Le serrage du béton doit être effectué immédiatement après le remplissage du moule de façon à obtenir un serrage à refus du béton sans ségrégation excessive ni formation de laitance ;

- La vibration doit être appliquée durant le temps minimal nécessaire au serrage à refus du béton ;

- Une fois en place, la couche supérieure doit être mise au niveau de la partie supérieure du récipient à l'aide de la truelle. La surface doit ensuite être soigneusement arasée avec la règle, et l'extérieur du récipient doit être nettoyé ;

- Le récipient et son contenu doivent être pesés afin de déterminer sa masse (𝑚₂) et la valeur obtenue doit être enregistrée ;

- La masse volumique est calculée selon la formule :

𝐷 =

^𝑚²^−𝑚¹

𝑉 (2.18)

2.4.3. La masse volumique du béton durci (NF EN 12390-7) [86]

2.4.3.1. But

L’essai vise à déterminer la masse volumique du béton durci.

2.4.3.2. Principe

La masse et le volume de l’échantillon de béton durci sont déterminés, puis sa masse volumique est calculée.

2.4.3.3. Matériel

- Calibres et réglets ; - Balance.

2.4.3.4. Méthodologie

- Peser l’échantillon en l’état de réception, avec une précision égale à 0,1 % de la masse (m) de l’éprouvette ;

- Calculer le volume (v) de l’éprouvette à partir des mesures réalisées conformément à l’EN 12390-1 ;

- Calculer la masse volumique de l’échantillon au moyen des valeurs de masse et de volume précédemment déterminées, à l’aide de la formule suivante :

𝐷 =

^𝑚

𝑣 (2.19)

2.4.4. La résistance à la compression (NF EN 12390-3) [87]

2.4.4.1. But

L'essai a pour but de connaître la résistance à la compression du béton, qui peut être mesurée en laboratoire sur des éprouvettes.

2.4.4.2. Principe

Les éprouvettes étudiées sont soumises à une charge croissante jusqu'à la rupture dans une machine de compression conforme à l’NF EN 12390-4. La charge maximale atteinte est enregistrée et la résistance en compression calculée. La résistance à la compression est le rapport entre la charge de rupture et la section transversale de l'éprouvette.

2.4.4.3. Matériels

- une machine d'essai qui est une presse de force et de dimensions appropriées à l’éprouvette à tester ;

- un moyen pour rectifier les extrémités des éprouvettes : surfaçage au soufre ; - appareil de surfaçage ;

- Un bac à immersion.

2.4.4.4. Méthodologie

Les essais sont réalisés à 7 jours.

- Une fois l’éprouvette retirée du bac, essuyer toute humidité excessive de la surface de l'éprouvette ;

- Rectification des surfaces au souffre conformément à la norme NFP 18- 406 qui exige cela afin d’assurer la planéité des surfaces d’application de charges pour qu’elles soient transmises perpendiculairement aux génératrices des éprouvettes ;

- Centrer l’éprouvette sur la presse d’essai et application de la charge avec une vitesse 5bar±2 /sec jusqu’à la rupture.

La résistance à la compression est donnée par l'équation :

F F

 S (2.20) F : la force de rupture de l’éprouvette ;

S : la section droite de l’éprouvette ; Fc : la résistance à la compression.

2.5. Méthodes d’analyse statistique des résultats et interactions des facteurs sur les caractéristiques

L’analyse statistique des données obtenues lors des différents essais entrepris va permettre d’étayer la discussion des résultats et de tirer un maximum d’informations tout en conservant un cadre théorique solide. Pour la plupart des résultats expérimentaux, une analyse statistique a été effectuée. Elle est basée sur le calcul de la moyenne, l’écart-type et le coefficient de

variation, pour apprécier le degré de dispersion des résultats. La moyenne, écart-type S et le coefficient de variation sont calculés respectivement par les relations (2.21), (2.22) et (2.23).

Le tableau ci-après permet de contrôler la dispersion des résultats :

Tableau V : Appréciation des résultats en fonction du coefficient de variation (EN197-1 06 2000)

3. RESULTATS ET DISCUSSIONS

Ce chapitre est consacré à la présentation et à l’analyse des résultats obtenus suite aux essais réalisés. Le graveleux latéritique utilisé est prélevé d’une carrière située à Attotinga, Arrondissement de Agbanou dans la commune d’Allada, deux échantillons de lianes de rotin ont été utilisés : les lianes du Bénin et celles du Nigéria.

3.1. Caractéristiques physiques des nodules et du sable latéritiques

3.1.1. Analyse granulométrique par tamisage

L’analyse granulométrique a été réalisée séparément sur les nodules et le sable latéritiques.

La répartition des grains dans ces matériaux se présentent comme le montrent les figures 3.1 et 3-2 suivantes. Les données relatives aux courbes sont présentées à l’annexe I-1.

 Pour les nodules :

Figure 3-1 : Analyse granulométrique par tamisage sur les nodules latéritiques Pourcentage de perte de nodules : ^{7314 7309}*100 0, 07% 2%

p 7314   (O.K)

 Calcul du coefficient d’uniformité Cu

Il est obtenu par la formule suivante :

60/ 10

Cu D D

D60 = diamètre de particule qui correspond à 60% de passant D10 = diamètre de particule qui correspond à 10% de passant

0,00

2 < 2,39 < 5 ; les nodules ont une granulométrie serrée.

 Calcul du coefficient de courbure CC

On le calcule suivant la formule :

30/ ( 10 60) CC D D D

D30 = diamètre de particule correspondant à 30% de passant

Par interpolation, on trouve :

D

₃₀

 6,84

3,842

4,39 10,51 0,32

CC  



 Pour le sable

Figure 3-2 : Analyse granulométrique par tamisage sur le sable latéritique

Pourcentage de perte de sable : ^{1086 1084}*100 0,18% 2%

p 1086   (O.K)

 Module de finesse du sable latéritique

Le module de finesse d’un sable est égal au centième de la somme des refus cumulés exprimés en pourcentage sur les différents tamis en (mm) de la série suivante : 0,16 – 0,315 – 0,63 – 1,25 – 2,5 – 5.

(0 25, 78 37, 01 40,91 45,88 51,58) /100

Mf      

2, 0 Mf 

3.1.2. Analyse granulométrique par sédimentométrie

Figure 3-3 : Analyse granulométrique par sédimentométrie sur le sable latéritique

Les résultats des analyses granulométriques sur le sable ne nous permettent pas d’avoir le D10 ; donc de calculer les coefficients Cu et Cc.

3.1.3. Les limites d’Atterberg

Pour mieux cerner le comportement des particules fines en présence de l’eau, nous avons complété les analyses granulométriques par les limites d’Atterberg. Les essais ont été réalisés au Laboratoire d’Etude et de Recherche en Génie Civil (LERGC). Les résultats sont présentés à

l’annexe I-2. Le graphe de la teneur en eau en fonction du nombre de coups est la suivante :

Figure 3-4 : Limites d’Atterberg sur le sable latéritique

3.1.4. La valeur de bleu de méthylène

La valeur de bleu de méthylène obtenue est de 0,66. Les données relatives à l’essai sont résumées dans le tableau VI suivant :

Tableau VI : Données relatives au VBS

Pourcentage de fraction 0/5 76,44%

Masse humide de la 1ere prise d'essai Mh1 (g) 72,4 Masse humide de la 2eme prise d'essai Mh2 (g) 60,6 Masse sèche de la 2eme prise d'essai Ms2(g) 58,4

Teneur en eau W(%) 3,77

Masse sèche de la 1ere prise d'essai Mo(g) 69,77 Volume total de colorant injecté V (ml) 60

Masse de bleu introduite B 0,6

VBS 0,66

3.1.5. L’équivalent de sable

L’équivalent de sable effectuée sur la fraction 0/5 donne un ES = 21,96. Les données sont résumées dans le tableau suivant. Le tableau d’interprétation des résultats est présenté à l’annexe I-3.

Tableau VII : ES sur le sable latéritique

Masse prelevée =123g Teneur en eau

=2,51%

En se basant sur la classification (LPC, 1995), (annexe I-1) on a :

 Plus de 50% des éléments > 0,08 𝑚𝑚 ont un diamètre < 2𝑚𝑚 ;

 Plus de 12% d’éléments < 0,08𝑚𝑚 et ;

 Limites d’Atterberg au-dessus de la ligne A (Annexe I-2)

Par conséquent le sol latéritique en étude est un SA c’est-à-dire un Sable Argileux. Cette dénomination est confirmée par les résultats des essais d’équivalent de sable et de bleu de méthylène. En effet la faible valeur de l’équivalent de sable dénote de la présence de particules fines qui laisse planer un grand risque de retrait lors du durcissement du béton fait à partir de ce granulat. La nature de ces particules est en partie révélée par la valeur de bleu de méthylène qui est égale à 0,66 ; une valeur inférieure au seuil de 1,5 distinguant les sols sablo-limoneux des sols sablo-argileux. Le matériau en étude reste cependant sensible à l’eau.

3.1.6. Masse volumique apparente

Les essais de masse volumique apparente ont été réalisés au laboratoire du département du Génie Civil. Les résultats obtenus sont les suivants :

 Sur les nodules latéritiques

Tableau VIII : Masse volumique apparente des nodules latéritiques

Désignations Echantillon1 Echantillon2 Echantillon3 Masse du conteneur + plaque (Mo) en g 5097 5097 5097

Masse conteneur+ plaque+ granulats

(M1) en g 17706 17756 17657

Masse granulats (M) en g 12609 12659 12560 Volume du contenant (V) en cm3 9329 9329 9329

MVA en g/cm3 1,352 1,357 1,346

X de MVA 1,352±0,004

Le coefficient de variation 𝑪𝑽 =^{𝟎,𝟎𝟎𝟒}

𝟏,𝟑𝟓𝟐∗ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟎, 𝟑𝟎%

 Sur le sable latéritique

Tableau IX : Masse volumique apparente du sable latéritique

Désignations Echantillon1 Echantillon2 Echantillon3 Masse du conteneur + plaque (Mo) en g 5097 5097 5097

Masse conteneur+ plaque+ granulats

(M1) en g 16912 16799 16985

Masse granulats (M) en g 11815 11702 11888 Volume du contenant (V) en cm3 9329 9329 9329

MVA en g/cm3 1,266 1,254 1,274

X de MVA 1,265±0,007

Le coefficient de variation 𝑪𝑽 =^{𝟎,𝟎𝟎𝟕}

𝟏,𝟐𝟔𝟓∗ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟎, 𝟓𝟓%

3.1.7.

Masse volumique absolue et du coefficient d’absorption d’eau

Les essais de masse volumique absolue et du coefficient d’absorption ont été réalisés au laboratoire du département du Génie Civil. Les résultats obtenus sont les suivants :

Tableau X : Densité et absorption sur les nodules latéritiques

Désignation Echantillon1 Echantillon2 Echantillon3 Masse pycnomètre + matériau+ eau

(M2) 1154 1156 1151

Masse pycnomètre + eau (M3) 1024 1025 1018

Masse granulats SSS (M1) 215 215 215

Masse granulats après étuvage (M4) 203 203 204 Masse volumique absolue en g/cm3 2770,25 2808,73 2862,32

Densité absolue 2,78 2,82 2,87

Le coefficient de variation de l’absorption est : 𝑪𝑽 =^{𝟎.𝟐𝟑}

𝟓.𝟕𝟒∗ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟒, 𝟎𝟏

Tableau XI : Densité et absorption sur le sable latéritique

Désignation Echantillon1 Echantillon2 Echantillon3 Masse pycnomètre + matériau+ eau

(M2) 1099 1099 1094

Masse pycnomètre + eau (M3) 1024 1025 1019

Masse granulats SSS (M1) 125 125 125

Masse granulats après étuvage (M4) 120 119 120 Masse volumique absolue en g/cm3 2656,53 2634,40 2656,53

Densité absolue 2,67 2,64 2,67

Le coefficient de variation de l’absorption est : 𝑪𝑽 =^{𝟎.𝟑𝟗}

𝟒.𝟒𝟔∗ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟖, 𝟕𝟒%

Les coefficients de variation des essais physiques sur les nodules et le sable latéritique sont tous inférieurs à 5% sauf le cas de l’absorption du sable compris entre 5 et 10%. Au vue de ces valeurs, nous pouvons dire que les résultats obtenus sont fiables et peuvent faire l’objet de discussions.

L’impossibilité de calculer les coefficients Cu et Cc pour le sable, le pourcentage d’éléments inférieur à 0,8 mm égal à 45%, et le module de finesse égal à 2,0 montrent que le sable latéritique en étude est un sable fin et comportant d’important éléments extras fins. 1,80 <

𝑀𝑓 = 2,0 < 2,20 implique que le béton qui sera fait à partir de ce matériau nécessitera d’eau de plus que si que le module était dans la plage préférentielle (2,20 ; 2,80)[88] [89][50][29].

Les densités absolues obtenues qui sont 𝟐, 𝟖𝟐 ± 𝟎, 𝟎𝟑 𝒆𝒕 𝟐, 𝟔𝟔 ± 𝟎, 𝟎𝟏 pour respectivement les nodules et le sable se situent dans la plage de la plupart des résultats obtenus par de nombreux chercheurs [90][19][17]. Les taux d’absorption à 24 heures trouvés sont nettement supérieurs à ceux des graviers roulés et concassés couramment utilisés et inférieurs à ceux de certains granulats preux ou d’origine volcanique[91][92]. Le taux d’absorption obtenu peut s’expliquer par la porosité des nodules. Ceci avait été confirmé par (Ganse, 1956) [90]

quand il a affirmé que les pisolithes sont toujours poreux. Cependant, les densités de nos matériaux restent inférieures à une certaine catégorie étudiée par (Ganse, 1956) [90]. Cette variation de la densité est due aux proportions des éléments chimiques (le quartz, la kaolinite, la goethite et où l’hématite, et dans de moindres proportions la gibbsite, la boehmite et l’anatase) qui sont très variables suivant le degré de lessivage, le modelé, l’intensité de l’altération et aussi la nature minéralogique de la roche mère. Cela a pour conséquence une large variation de la densité. Les oxydes de fer qui jouent un rôle important dans la cimentation et l’imprégnation des

Dans le document MISE AU POINT D’UNE DALLE EN ECO- MATERIAU : (Page 93-0)