République du Bénin
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique (M.E.S.R.S)
Université d’Abomey-Calavi (U.A.C)
ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI (EPAC)
CENTRE AUTONOME DE PERFECTIONNEMENT Mémoire de fin de formation Pour l’obtention du DIPLÔME D’INGENIEUR DE CONCEPTION
Option : Bâtiment & Travaux Publics (BTP) Thème
Présenté et soutenu par : Sous la Direction de : Gabin M.GBEMENOU Pr. Edmond C. ADJOVI
Professeur Titulaire des Universités
Encadreur : Dr. Valéry K. DOKO
Maître assistant des Universités Ing. Basile KOUDJE
Doctorant en matériaux et structures
Année Académique 2017-2018
Stabilisation de la terre de barre au ciment pour son utilisation dans la fabrication des blocs autobloquants
pour des murs à joints secs
.
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DEDICACE
Je dédie ce modeste travail à : Mon feu Père GBEMENOU Joel ;
Mon épouse, AGBASSAGAN Elvire Belarmine M ; Ma Mère HOUNSOU Azanmasso ;
Mon Frère GBEMENOU Eugène.
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REMERCIEMENTS
Avant tout, je tiens à remercier Dieu Tout-Puissant, qui par sa grâce, m’a donné la santé, le courage et la force de réaliser ce mémoire de fin d’études.
Ensuite, j’adresse mes plus profondes gratitudes au : Professeur Titulaire des Universités Edmond C. ADJOVI, Docteur Valéry K. DOKO Maitre Assistant des Universités, Ing. Basile KOUDJE Doctorant en matériaux et structures,
Professeur AWANTO Christophe, Maître de Conférence, Directeur du Centre Autonome de Perfectionnement.
J’adresse aussi mes remerciements à :
Tous les Enseignants et le personnel administratif et technique du Centre Autonome de Perfectionnement et de l’Ecole Polytechnique d’Abomey Calavi, en particulier ceux de la filière Science et Ingénierie des Matériaux ainsi qu’à tout le personnel du laboratoire de LERGC, pour les aides et conseils durant la réalisation de ce travail ;
Enfin, toutes mes reconnaissances à mon épouse ; mes enfants ; mes parents ; ma famille pour leur prière, leur soutien moral et surtout financier, sans oublier toutes les personnes qui, de près ou de loin, ont contribué à l’élaboration de ce mémoire.
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RESUME
Les travaux menés dans le cadre de cette étude portent principalement sur la recherche de nouveaux matériaux suite à la raréfaction des matériaux naturels utilisés pour la construction des habitats en République du Bénin. Nous présentons dans ce document une étude réalisée sur des échantillons de sols latéritiques pour une stabilisation au ciment pour choisir le meilleur mélange répondant aux caractéristiques intrinsèques pour leur utilisation pour la fabrication des blocs en terre comprimée autobloquants..
Pour connaitre les caractéristiques physiques du sol choisi, les essais d’identification ont été réalisés à savoir : analyse granulométrique, limite d’Atterberg, essai Proctor modifié. Les résultats obtenus de ces différents essais ont montré que ces sols ne peuvent pas être utilisés pour des maçonneries à joints secs d’où leur traitement (stabilisation) aux liants hydrauliques pour atteindre les valeurs exigées.
La stabilisation a consisté au traitement du sol avec du ciment.
L’étude de la formulation et composition des mélanges est réalisée en des proportions respectives de 4, 6 et 8% en agent de traitement. Ces mélanges obtenus sont ensuite soumis aux essais pour l’évaluation de leurs performances mécaniques.
Les mélanges ainsi effectués présentent de bonnes performances pour leur utilisation pour la fabrication des blocs autobloquants pour les maçonneries à joints secs.
Mots clés : latérite, stabilisation, ciment, BTC autobloquants, joints secs
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ABSTRACT
The work carried out in this study focuses mainly on the search for new materials following the depletion of natural materials used for housing construction in the Republic of Benin. In this paper, we present a study of lateritic soil samples for cement stabilization to select the best mix that meets the intrinsic characteristics for use in the manufacture of self - blocking compressed earth blocks.
To know the physical characteristics of the chosen soil, the identification tests were carried out namely: granulometric analysis, Atterberg limit, modified Proctor test. The results obtained from these different tests have shown that these soils can not be used for drywall masonry from where their treatment (stabilization) with hydraulic binders to reach the required values.
Stabilization consisted of treating the soil with cement. The study of the formulation and composition of the mixtures is carried out in respective proportions of 4, 6 and 8% of treatment agent. These mixtures obtained are then subjected to the tests for the evaluation of their mechanical performances.
The mixtures thus produced have good performance for use in the manufacture of self-locking blocks for drywall masonry.
Key words: laterite, stabilization, cement, self-locking BTC, dry joints
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SOMMAIRE
INTRODUCTION GENERALE ... 1
CHAPITRE 1 : CADRE CONCEPTUEL ET THEORIQUE DE L’ETUDE ... 5
CHAPITRE II : APPROCHE METHODOLOGIQUE ... 31
CHAPITRE III : STABILISATION DE LA TERRE DE BARRE, ANALYSE ET INTERPRÊTATION DES RESULTATS ... 48
Conclusions et perspectives ... 56
BIBLIOGRAPHIE ... 58
ANNEXES ... 61
TABLE DES MATIERES... 65
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Liste des sigles et abréviations utilisés
AFNOR: Association Française de Normalisation OPM: Optimum Proctor Modifié
IPI: Indice Portant Immédiat TB: Terre de Barre
Rc: Résistance à la compression après 7 jours de cure à l’air
R’c: Résistance à la compression à 3 jours de cure à l’air et 4 jours d’immersion dans l’eau
Rt: Résistance à la traction après 7 jours de cure à l’air E : module d’élasticité
WL: Limite de liquidité Wp: Limite de plasticité Ip : Indice de plasticité Ic : Indice de consistance
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Liste des tableaux
Tableau 1: les minéraux lourds présents dans la terre de barre ... 11
Tableau 2 : Description des directives / codes spécifiques aux pays pour la construction en terre (Middleton, 1992 ; Torgal and Jalali, 2012). ... 20
Tableau 3 : Cycle de production des blocs ... 30
Tableau 4 : Analyse granulométrique ... 41
Tableau 5 : Analyse granulométrique par sédimentométrie... 42
Tableau 6 : Limite d’Atterberg ... 44
Tableau 7 : Essai Proctor ... 46
Tableau 8 : Récapitulatif des essais en laboratoire : échantillons (mélange) ... 53
Tableau 9 : Tableau récapitulatif des essais de compression et de traction sur les différents mélanges ... 53
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Liste des figures
Figure 1 : Les grands types de sols dominants au Bénin (MILOHIN, 2014) ... 12
Figure 2: Répartition des plateaux au sud-Bénin (SLANSKY, 1962) ... 13
Figure 3 : les techniques de construction en terre de barre (H. Houben, H. Guillaud, 2006) ... 16
Figure 4 : Fuseau granulaire des terres utilisables pour les BTC (NOR 01) ... 26
Figure 5 : Fuseau des indices de plasticité des terres utilisables pour les BTC (NOR 01) ... 26
Figure 6 : Les blocs pleins ... 28
Figure 7 : Les blocs évidés ... 28
Figure 8 : Les blocs alvéolaires ... 29
Figure 9 : Les blocs à emboîtement ... 29
Figure 10 : Moule et dame Proctor ... 40
Figure 11 : Courbe granulométrique par tamisage échantillon ... 42
Figure 12 : Courbe granulométrique par sédimentométrie ... 44
Figure 13 : Courbe limite d’Atterberg ... 45
Figure 14 : Courbe Proctor échantillon ... 46
Figure 15 : Courbe limite d’Atterberg du mélange à 4% ... 50
Figure 16 : Courbe limite d’Atterberg du mélange à 6% ... 50
Figure 17 : Courbe limite d’Atterberg du mélange à 8% ... 51
Figure 18 : Courbe Proctor du mélange à 4% ... 51
Figure 19 : Courbe Proctor du mélange à 6% ... 52
Figure 20 : Courbe Proctor du mélange à 8% ... 52
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Liste des photos
Photo 1 : Carrière de terre de barre de Zè et remplissage des sacs ... 32 Photo 2 : terre de barre de Zè séchée au soleil ... 32 Photo 3 : Appareil de Cassagrande ... 37
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INTRODUCTION GENERALE
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Introduction générale
L'histoire des constructions humaines montre des formes d’habitat développées selon les besoins des personnes tout en tenant compte des facteurs climatiques (Houben et Guillaud, 1994). La topographie et la géographie du milieu sont des conditions favorables au développement de l'habitat avec l’utilisation d’une variété de matériau de construction.
Cependant, la terre est restée un matériau de construction traditionnel (Bui et al, 2009).
Par ailleurs l’un des actes les plus louables suscités par l’imagination créative de l’esprit humain est l’acte de construire. Pour accomplir cette mission historique, l’homme se servait des matériaux de son environnement. Aujourd’hui, le modernisme et le snobisme poussent la plupart de nos concitoyens, notamment ceux des campagnes à construire en ‘’dur’’ avec des agglomérées de sable et de ciment ou du béton classique.
La réduction de la production des gaz nuisibles, ajouté à la nécessité de réduire la consommation excessive d’énergie (devenue indispensable dans tout processus de développement économique d’une nation), est au centre des préoccupations actuelles ; le secteur de la construction en général et celui du bâtiment notamment, se trouve donc face à une nécessité de rénover ses pratiques et méthodes de conception afin de prendre en compte les facteurs environnementaux devenus de nos jours cruciaux.
De plus, l’épuisement assez remarquable des gisements de sable propre à cause de leur grande sollicitation, alors que l’une des plus grandes caractéristiques des sous-sols des pays en voie de développement tel que le Bénin est leurs richesses en roches et minéraux locaux comme la terre de barre (véritables potentialités pour le développement des matériaux de construction du secteur des BTP) (FANTODJI,2015),
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révèle la nécessité de mettre au point de nouveaux matériaux à base de matériaux locaux, offrant de bonnes performances en matière de confort thermique et de résistance mécanique. Ceci amène donc à l’élaboration de matériaux dits composites.
La terre présente plusieurs avantages tels que la facilité de construire, sa disponibilité, elle possède une bonne conductivité thermique et son entretien se fait à faible coût. Compte tenu de ces avantages, la terre est préférentiellement utilisée pour la construction notamment dans les zones rurales (Vandna et al, 2015).
Malgré le développement technologique qu’a connu l’humanité ces derniers siècles et qui a permis à l’homme moderne de disposer d’une grande variété de matériaux de construction jamais connues auparavant comme le béton et l’acier, on enregistre aujourd’hui un retour croissant à la construction en terre dans plusieurs pays y compris les pays industrialisés profitant du développement des techniques de production très variées, soutenues par des recherches scientifiques.
Mais le problème des constructions en terre, c’est qu’elles souffrent d'un déficit en résistance, d'une fissuration systématique due au retrait et se heurtent aux problèmes liés à leur sensibilité à l'eau. Dès lors, l’homme a cherché à éviter les inconvénients du matériau terre, en utilisant plusieurs moyens de stabilisation permettant d’améliorer ses performances et sa sensibilité vis-à-vis de l’eau, ce qui a donné naissance à plusieurs techniques de constructions en terre. On distingue d’une part, celles ou la maçonnerie en terre ne sert que de remplissage avec une ossature différente (c’est le cas de torchis ou l’ossature est en bois). D’autre part, il y a des techniques monolithiques ou la maçonnerie est une structure porteuse. On trouve dans cette dernière catégorie le pisé, la maçonnerie en adobe, la bauge, les maçonneries en bloc de
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terre compactée ou comprimée (BTC) à l’aide d’une presse manuelle ou mécanique, technique récemment apparue.
Dans un contexte économique comme celui du Bénin marqué par le faible pouvoir d’achat des populations il va falloir rechercher à proximité des matériaux qui existent sans aucun doute, mais négligés du fait que leurs caractéristiques géométriques et leurs comportements ne soient pas maitrisés pour substituer aux matériaux modernes utilisées de nos jours pour palier au problème économique des populations surtout celles rurales.
La stabilisation de la terre de barre au ciment pour l'amélioration de ses propriétés mécaniques en vue de son utilisation dans la fabrication des blocs de maçonnerie à joints secs est une alternative de la promotion des matériaux pour des constructions durables à moindre coût. C’est fort de cela que cette étude est faite pour étudier cette possibilité de substitution des matériaux conventionnels de construction afin d’en faire une vulgarisation à l’échelle nationale et internationale.
Ce travail de recherche qui porte sur « Stabilisation de la terre de barre par du ciment pour son utilisation dans la fabrication des blocs de maçonnerie autobloquants pour les murs à joints secs » s’inscrit donc dans le cadre de la valorisation des matériaux de proximité pour la construction dans notre pays.
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CHAPITRE 1
CADRE CONCEPTUEL ET THEORIQUE DE L’ETUDE
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I.1. Contexte et Justification I.1.1. Contexte
L’un des besoins fondamentaux et vitaux de l’homme est de se loger. Du troisième Recensement Général de la Population et de l’Habitation fait en 2002 (RGPH 4), il ressort que 60% de la population est rurale et vit dans des habitats précaires, délabrés, ainsi que dans des taudis. En conséquence, les gouvernants dans le souci de l’amélioration des cadres de vie, ont mis en place une politique de promotion de l’habitat urbain rural et traditionnel par les programmes de construction de logements socio-économiques. Cette politique de construction de logements économiques s’inscrit dans le souci d’offrir à moindre coût des logements confortables et modernes aux Béninois par la valorisation des matériaux locaux de construction. C’est bien l’une des raisons qui sous-tendent le concept de la promotion des matériaux locaux qui a d’ailleurs fait l’objet en République du Bénin, du décret No 2005-482 du 04 août 2005 portant prise en compte des matériaux locaux dans les constructions publiques. En terme de matériaux locaux de construction au Bénin, on peut citer entre autres le ciment, le banco, la pierre, le bois, le bambou, le rotin, la paille, le rônier etc… Comme le RGPH4 l’a révélé, le matériau le plus utilisé dans la construction de l’habitat est la terre qui selon le RGPH4, représente plus de 55% comparé aux autres matériaux.
Ceci s’explique aisément car en effet la terre est l’un des plus anciens matériaux pour la construction de l’habitat en milieu rural. Parmi ces matériaux locaux, beaucoup ont montré leur efficacité dans le temps.
C’est le cas de l’Adobe banco qui associe la terre de barre aux fibres végétales utilisé pour la construction des greniers au nord du Bénin qui assure à ces ouvrages de stockage une longévité de près de 50 ans.
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En outre, la promotion de matériaux de construction dits « locaux » comme les blocs de Terre Comprimée stabilisée qui associe la terre au ciment et des techniques appropriées peut être intéressante dans le cas du Bénin pour les raisons suivantes: lutter contre la pauvreté par la création d’emplois par la valorisation des ressources naturelles ; répondre à la demande d’habitat par la production des matériaux à base de ressources naturelles et enfin lutter contre la précarité de l’habitat par le renforcement des compétences et l’amélioration des produits.
I.1.2. Justification
« Pour parvenir à un développement durable, la protection de l'environnement doit faire partie intégrante du processus de développement et ne peut être considérée isolément », ainsi s’énonce le troisième principe de la déclaration de Rio sur l’environnement et le développement (United Nation, 2012) qui traduit la volonté des nations du monde à faire face aux problèmes environnementaux qui menacent l’existence de notre planète. Les différents acteurs du développement sont alors appelés à réduire les charges polluantes (notamment l’émission de gaz à effet de serre) liées à leurs activités respectives et à préserver les ressources naturelles.
Des études statistiques révèlent que le domaine de la construction est responsable de plus d'un tiers des émissions de dioxyde de carbone, ce qui fait du secteur du bâtiment le deuxième plus grand émetteur de dioxyde de carbone après l'industrie (NGUYEN, 2010). Il faut noter que le dioxyde de carbone est l’un des principaux gaz à effet de serre responsables du réchauffement planétaire ; Il est actuellement estimé que le CO2 contribue à hauteur de 50% environ à l'effet de serre. C’est pourquoi le secteur du bâtiment est souvent considéré comme une “mine d’or” pour réduire ce phénomène.
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De nos jours, 90% des constructions sont en Béton armé et donc à base de ciment et de fer à béton qui coûtent très chers. Le coût sans cesse croissant des matériaux d’importation et la situation économique du Bénin nous obligent à faire recours aux matériaux locaux de construction, une solution très judicieuse. Depuis quelques années, ces matériaux font l’objet d’études, de recherches, d’expérimentation, de projet pilotes et s’articulent autour des problématiques « matériaux appropriés à la construction économique » dans certains pays africains notamment le Bénin.
Face aux problèmes économiques et sociaux que connaît le pays, nombreux sont les chercheurs qui réclament une véritable promotion de ses ressources.
Des études ont montrés que la terre de barre renforcée au ciment donne un composite qui est un bon isolant thermique qui crée un grand confort dans le bâtiment. La stabilisation au ciment de ce matériau améliore ses propriétés mécaniques et thermiques pour son utilisation dans les maçoneries des constructions. Ce qui pourrait réduire les coûts de constructions par l’élimination des mortiers de joints et la suppression de coffrage.
Ainsi les questions de recherches suivantes justifient le choix de ce thème :
Peut–on utiliser la terre de barre stabilisée au ciment pour fabriquer les blocs de terre autobloquants pour les murs à joints secs ?
caractéristiques mécaniques possibles ?
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I.3. Les Objectifs de l’étude I.3.1. Objectif général
L’objectif général visé à travers ce modeste travail est d’apporter notre
contribution à la valorisation et à une utilisation rationnelle du matériau
«terre de barre stabilisée au ciment » dans la fabrication des blocs de maçonnerie autobloquants
I.3.2. Objectifs spécifiques Il s’agira plus précisément :
n de la terre comme matériau de construction de bâtiments ;
comme matériau de construction ;
De déterminer les caractéristiques physiques de la terre de barre ; mécaniquement le matériau composite « terre de barre améliorée au ciment ».
I-4- Synthèse bibliographique I-4-1-La terre de barre
I.4-1-1. Définition
Plusieurs chercheurs ont travaillé sur la terre de barre du Bénin et ont donné les définitions suivantes:
Guilchers (1959) est l’un des premiers à étudier la terre de barre ; il définit la terre de barre qui recouvre le plateau, en arrière du complexe côtier, comme une formation meuble, rouge foncé, de texture argilo- sableuse. La terminologie terre de barre est héritée du portugais « barral
» qui signifie argile. Les analyses granulométriques, morphoscopiques et
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l’étude des minéraux argileux indiquent que la terre de barre est formée d’un matériau hétérométrique, mis en place sous des conditions subaériennes tropicales, avec des consolidations sporadiques.
Guilchers conclut que ce matériel forme le couronnement de la série sédimentaire du bassin côtier du Bénin.
Slansky (1959) décrivant les plateaux du bassin sédimentaire qualifie de sol la terre de barre ; ses caractéristiques essentielles sont : mélange meuble de sable et d’argile, de couleur brun rouge. La proportion d’argile ferrugineuse et de sable est très variable. Il pense qu’il s’agit simplement de l’évolution latéritique des niveaux sous-jacents.
Selon Furon (1964), le continental terminal du Dahomey est caractérisé par des formations argilo-sableuse connues sous le nom de « terre de barre ». Elles peuvent atteindre une centaine de mètre de puissance et contenir à la base des niveaux ligniteux.
Fauck (1972) attribue, lui le terme de « terre de barre » aux sols rouges développés sur les roches-mères que représente le continental terminal du Bénin.
D’après le rapport national sur la diversité biologique en 1998 (Bénin), la terre de barre est définie comme étant une formation plus ou moins meuble, de couleur rouge à brun rouge ; humide, elle est légèrement
‘’collante’’. Elle ne contient jamais de débris de roches ou de galets de diamètre supérieur à 1 cm.
Lorsque la formation est faiblement indurée, elle présente des fentes de dessiccation. (M. ADAGBE, 2014)
I.4-1-2. - Composition de terre de barre
La terre de barre du sud Bénin décrite par WILLIAME et VOLKOFF en 1966 présente les caractéristiques physiques et chimiques suivantes:
15,3% d'Argile; 5,4% de limon; 77,3% de sable et 0,05% d'Azote total; la teneur en matières organiques est de 2,64%.
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L’analyse minéralogique a permis de distinguer deux catégories de matériaux par leur densité :
e quartz et quelques paillettes de micas;
épidote (clinozoïte, pistachite, staurotide et sphène)
Tableau 1: les minéraux lourds présents dans la terre de barre Types Caractéristiques
Zircon Rose ou incolore, très roulé ou avec sa forme cristalline nette.
Tourmaline Brune, noire ou verte, se présente sous des formes très diverses.
Rutile Rouge, rouge-jaune, rarement bien usé.
Disthène Grands cristaux allongés et aplaties, généralement anguleux, cassure irrégulière en marche d’escalier.
Staurotide Brun jaune, toujours non usé, grain en général irrégulier à cassure en dents de scies.
Sphène Fragment de cristaux ou en grain irréguliers, plus ou moins usés, de couleur marron à gris.
Epidote Clinozoïde Transparent, presque
incolore, avec des clivages parallèles à l'allongement du grain, cassures irrégulières.
Pistachite Couleur jaune sous forme cristalline.
12 I.4-1-3- Distribution spatiale de la terre de barre au Bénin
Les sols ferralitiques désaturés du Bénin, appelés terres de barre (Barro
= argile sableuse à l’état humide en portugais), occupent la quasi-totalité des terrains exondés bien drainés du sud du pays. Ils représentent 7 % de la superficie du pays mais concentrent le tiers de la population totale (AZONTONDE,1993).
Développée sur les sept plateaux du sud Bénin (plateau de Kétou, Zangnanado, Abomey, Aplahoué, Porto-Novo, Allada et Bopa) la terre de barre se localise entre 6°20' et 7°20' de latitude Nord puis 1°40' de longitude Est et couvre une superficie d'environ 10.500 km².
(AZONTONDE)
Figure 1 : Les grands types de sols dominants au Bénin (MILOHIN, 2014)
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Figure 2: Répartition des plateaux au sud-Bénin (SLANSKY, 1962)
I-4-2- Les techniques de constructions en terre
Construire en terre, c’est construire avec un matériau que l’on foule aux pieds tous les jours. Mais la terre ne peut être employée en construction que si elle offre une bonne cohésion propre, principalement due à la présence d’argile qui joue le rôle de liant naturel.
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En maintes contrées dont les paysages familiers en sont très souvent richement marqués, l’architecture de terre est véritablement un témoignage vivant de l’histoire et de la culture des peuples.
De la tradition de construire en terre, on dénombre de très nombreux modes de construction avec une infinité de variantes qui traduisent l’identité des lieux et des cultures. On connait principalement douze modes d’utilisation de la terre en construction. Parmi ceux-ci, sept sont très couramment employés et constituent les genres techniques majeurs.
a- Adobe : la brique séchée au soleil est plus communément connue sous le nom d’adobe. Les briques d’adobe sont moulées à partir d’une terre malléable souvent ajoutée de paille. A l’origine, ces briques étaient formées à la main. Plus tard (et encore aujourd’hui), elles seront fabriquées manuellement à l’aide de moules à formes prismatiques variées en bois ou en métal. Actuellement, on emploie également des machines.
b- Pise : la terre est comprimée en masse avec un pilon dans des branches, couche par couche, et banchée par banchée.
Traditionnellement, ces outils sont en bois.
c- Terre-paille : pour cette technique, la terre utilisée doit avoir une bonne cohésion. Elle est dispersée dans de l’eau jusqu’à l’obtention d’une barbotine homogène, que l’on verse sur de la paille, jusqu’à enrober chaque brin. Au séchage, on obtient un matériau dont la texture est essentiellement celle de la paille.
d- Torchis : une structure en colombages et claies de bois est hourdée avec une ou plusieurs couches de terre. Cette terre argileuse, amendée de paille ou d’autres fibres, constitue les parois de la bâtisse.
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e- Façonnage : cette technique ancestrale est toujours fréquemment utilisée. La terre est façonnée de la même façon que pour la poterie, sans outils.
f- Blocs comprimés : pendant longtemps, on a fabriqué des bocs de terre à l’aide de moules dans lesquels on comprimait la terre à l’aide d’un petit pilon ou en rabattant avec force un couvercle très lourd. Ce procédé a été mécanisé et on utilise aujourd’hui des presses de toutes sortes.
Les produits obtenus sont extrêmement variés.
g- Bauge : ce procédé consiste à empiler des boules de terre les unes sur les autres et à les tasser légèrement à l’aide des mains ou des pieds jusqu’à confectionner des murs monolithiques. Habituellement, la terre est amendée de fibres de natures diverses.
Aujourd’hui, ce sont les techniques de l’adobe, du prisé et du bloc comprimé qui sont les plus à l’honneur et même abordées à un très haut niveau de recherche scientifique et technologique.
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Figure 3 : les techniques de construction en terre de barre (H. Houben, H. Guillaud, 2006)
I-4-3- Utilité de la terre de barre dans la construction
Dans la construction, la terre est mise en oeuvre de diverses manières.
En dehors des anciennes techniques traditionnelles (l’adobe, le pisé, le torchis ou la bauge), on distingue des briques de terre comprimées ou stabilisées (MILOHIN, 2014).
En République du Bénin, le plein essor du secteur de la construction et des infrastructures routières génère un grand besoin de matériaux de construction. Pour les régions du sud, les besoins sont longtemps satisfaits avec du sable pulvérulent (généralement propre avec très peu voire pas d’argile). Mais ce noble matériaux se raréfie de nos jours et ce, à cause de l’épuisement des carrières d’extraction. Cependant la terre de barre quant à elle existe en abondance et peut être utilisée aussi bien en construction routière que dans les bâtiments si elle est améliorée.
Dans les bâtiments, on parle souvent de Bloc de Terre Comprimée
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(BTC) et suivant l’usage que l’on va en faire, il peut être utile voire nécessaire de les stabiliser (MILOHIN, 2014).
On désigne par BTC, des blocs obtenus par compactage statique d’une quantité de terre contenue dans un moule de dimensions données. La construction en BTC est une technologie dont le but est l’utilisation de matériaux locaux, c'est-à-dire disponibles dans les alentours immédiats du site de construction. Le contexte même de la naissance des BTC implique donc un spectre de terre à utiliser le plus large possible. Les exigences résident uniquement au niveau des caractéristiques mécaniques requises pour le bâtiment en fonction de l’utilisation qui en sera faite. Toutefois, il y a quelques orientations pour prédire la qualité des blocs résultant d’une terre donnée.
- Le sol ne doit pas être très argileux au risque d’entrainer des fissurations de retrait fragilisant les blocs (%2μm<30%).
- Ce matériau doit présenter un minimum de plasticité assurant une cohésion entre les grains du matériau lors du compactage (%2 μm>5%).
- Les gros éléments du matériau ne doivent pas dépasser une taille limite dépendant de la taille des blocs, une moyenne de 5 mm est assez indiquée.
Une brique de terre comprimée non stabilisée a de très bonnes propriétés thermiques et hygrométriques et une résistance suffisante à la compression pour pouvoir être utilisée telle quelle dans la construction.
Dans les régions très pluvieuses, il est nécessaire de stabiliser les briques de terre comprimée (BTC), puisque l’humidité contenue dans les briques entraine leur émiettement. Des études ont montré que la terre non stabilisée a une résistance humide non acceptable car inférieure au minimum exigé dans la construction.
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I-4-4- les avantages et inconvenients liés a l’utilisation de la terre comme materiau de construction
I-4-4-1- Les avantages de la construction en terre
La terre apparaît comme le matériau le plus approprié pour construire moderne, durable et moins cher à cause des multiples avantages. En effet, sa disponibilité, sa facilité de mise en oeuvre, sa résistance au feu sont entre autres des avantages liés à son utilisation. Les murs en terre ont une forte capacité de rétention thermique ce qui assure l’échange de température ou de flux de chaleur entre le milieu intérieur et extérieur, lui permettant de maintenir à l’intérieur du logement une ambiance fraiche quand il fait chaud à l’extérieur et vis-versa. Les murs en terre se sont avérés être de meilleurs isolants thermiques par rapport aux murs en béton de brique ou de béton de ciment (Binici, 2007). La terre étant un matériau à faible consommation d'énergie, son utilisation en tant que matériau de construction contribuera à l'atténuation du CO2 dans l'environnement à hauteur de 101 tonnes par an. L’habitat en terre est plus respectueuse des normes environnementales par rapport aux bâtiments conventionnels (Shukla, 2009). L’évaluation du coût de la construction des bâtiments en terre comparativement aux bâtiments conventionnels révèle que son coût est moins élévé et ne représente que 66% du coût de construction conventionnel (Tiwari, 1996). Son faible coût pour la construction est donc un facteur avantageux pour les populations à faible revenu.
Le choix d’adoption pour ce type de matériau est principalement lié à sa capacité thermique importante prenant en compte les deux phénomènes d’inertie de transmission et d’absorption concernant les régimes thermiques variables entre la température extérieure et celle de l’intérieure (SAADI, 2011). Grâce à une capacité thermique importante, le matériau terre rendra l’habitat proche d’un état stationnaire selon les
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flux de chaleur périodiques et climatiques. Il permettra de stabiliser les écarts de température et favorisera l’apport ou le stockage calorifique dans l’habitat. Exemple pour le confort dans les pays tropicaux, le phénomène de stockage-restitution réduit considérablement la probabilité de surchauffe. Il absorbe bien le bruit. Il est facile à utiliser car ne nécessite pas des équipements sophistiqués ni une grande technologie. La construction en terre crue n’utilise que 3% de l’énergie employée dans une construction en béton. Pas de dégagements toxiques lors de la mise en oeuvre, ni en cas d’incendie. Elle possède une capacité de blocage de la propagation des ondes électromagnétiques.
I-4-4-2- Les inconvénients de la construction en terre
La terre en tant que matériau de construction comparé au ciment présente quelques insuffisances dont notamment sa faible résistance à la compression ; sa faible résistance à la perméabilité ; son fort taux de retrait-gonflement ; sa faible résistance à l’abrasion ; la nécessité de sa fréquente maintenance.
I-4-5- dispositions legales relatives à l’utilisation de la terre comme materiau de construction de batiments
Dans le but de la propagation de l’utilisation de la terre à grande échelle pour sa plus grande acceptabilité par tous, des normes et des dispositions légales ont été formulées pour la planification, la conception et les lignes directives concernant son utilisation. La mise en application de ces normes et dispositions légales pour tous les travaux de construction en terre est obligatoire dans certains pays et facultative dans d’autres.
Le tableau ci-dessous indique certaines normes disponibles pour les travaux de construction en terre dans certains pays.
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Tableau 2 : Description des directives / codes spécifiques aux pays pour la construction en terre (Middleton, 1992 ; Torgal and Jalali, 2012).
S. N. Country Relevant
guideline/code
1 United States ASTM International:
2010 – Standard Guide for Design of Earthen Wall Building Systems (ASTMD 559-57)
2 New Zealand SNZ: Standards New
Zealand
(NZS 4297:1998, NZS 4298:1998, NZS 4299:1998)
3 New Mexico State Regulations
“Rammed Earth And Adobe Based
Construction” – 1999 (CID: NMAC 1474)
4 Spain AENOR: Spanish
Association For Standardization And Certification 2008 (UNE 41410:2008- 12-10)
5 Colombia ICONTEC, 2004
(NTC 5324)
6 Australia Australian
Regulations “Bulletin 5” – 1952 by CSIRO Replaced by
“Australian Earth Building Handbook”
2002
7 South Africa ARSO: African
Regional Standards:
1996 (ARS 670, ARS 683)
21
8 Kenya KEBS: Kenya Bureau
of Standards (KS 02- 1070)
9 Tunisia INNORPI: Tunisian
Standards: 1996 (INNORPI: NT 2133, INNORPI: NT 2135)
10 France AFNOR: 2001
(AFNOR:XP P13- 901)
11 India IS 13827:1993, IS
1725 1982
(reaffirmed 2002), General Building Construction, NBC Handbook (IS 1725 1982)
I-4-6- La stabilisation
Suivant l’usage que l’on va faire des briques, il peut être utile, voire nécessaire de les stabiliser. Une brique de terre comprimée non stabilisée a de très bonnes propriétés d’échanges thermiques et hygrométriques et une résistance suffisante à la compression pour pouvoir être utilisée telle quelle dans la construction. Dans les régions très pluvieuses, il est nécessaire de stabiliser les briques de terre comprimées (BTC) : l’humidité contenue dans les briques entraine leur émiettement.
La stabilisation est un ensemble de procédés physiques ou chimiques visant à améliorer les caractéristiques d’une brique de terre, en particulier sa résistance portante, sa sensibilité à l’eau et sa durabilité.
Elle doit permettre de :
s vides entre les particules solides ;
22
(résistances mécaniques).
L’amélioration de ces caractéristiques doit garder un caractère irréversible (P. Meukam, 2004).
Il existe dans la littérature plusieurs types de stabilisation des blocs de terre parmi lesquelles, on peut citer : la stabilisation mécanique (compactage), chimique (ciment, néré, chaux, bitume…), thermique (cuisson) et physique (correction de la courbe granulométrique). La stabilisation dépend de plusieurs paramètres dont les plus importants sont : la nature du stabilisant et sa quantité, la qualité de la terre, la qualité du compactage ou de la compression, et l’eau utilisée (qualité et quantité). (MILOHIN, 2014).
I-4-6-1. Stabilisation mécanique
La stabilisation mécanique améliore la brique de terre par modification de sa densité naturelle. Il s’agit du compactage qui consiste essentiellement en une réduction de la porosité du matériau par resserrement des particules. Les effets d’un compactage effectué dans de bonnes conditions, se traduisent par une diminution de la perméabilité, de la compressibilité, de l’absorption d’eau et du gonflement. Les résistances mécaniques initiales et à long terme augmentent. Le compactage à lui seul permet d’obtenir un matériau aux caractéristiques élevées ; cependant, ces matériaux restent très sensibles à l’eau. Mise au contact de l’eau, la brique redevient plastique et ne résiste plus à la compression [P. Meukam, 2004).
L’immersion d’une brique de terre comprimée dans un seau d’eau, donne le lendemain un tas de boue au fond du seau. Si les BTC sont protégées des intempéries (débords de toiture importants, protection
23
contre le rejaillissement, soubassements suffisamment élevés, drainage en pied de mur), il n’est pas nécessaire de stabiliser. Ce qui n’est toujours pas le cas.
I-4-6-2. Stabilisation chimique
La stabilisation chimique modifie les propriétés d’une brique de terre par l’intermédiaire de certains adjuvants. Afin de diminuer la sensibilité à l’eau, on a souvent recours à l’adjonction de produits (liants hydrauliques par exemple), rendant les sols traités moins hydrophiles. L’adjonction du ciment qui est un liant hydraulique permet de lier les grains de sable tout en stabilisant l’argile de terre. On obtient ainsi une amélioration des caractéristiques mécaniques et de la sensibilité à l’eau. Il faudra veiller à ce que l’eau de gâchage ne contiennent ni de matières organiques, ni de sulfates. D’après Remillon cité par Ottou (1987), la technique anglaise estime que tous les sols sont utilisables, sauf ceux dont la nature est trop plastique, c’est-à-dire ceux dont l’indice de plasticité est supérieur à 20%
et ceux contenant des sulfates nuisibles au ciment ou des matières organiques.
I-4-6-3. Stabilisation physique
Cette stabilisation modifie les propriétés d’une brique de terre par une amélioration des caractéristiques du matériau par correction de la granularité. Le mélange obtenu conduit selon le cas, soit à diminuer l’indice de plasticité du matériau de base, soit à lui conférer une certaine cohésion. Sikali cité par Ottou a étudié la stabilisation granulaire d’une latérite par ajout de gravillons concassés. Il a constaté que pour un pourcentage optimum du matériau d’apport, la portance du matériau étudié s’améliore considérablement. (Sikali F., Mir-Emarati D. (1987).
I-4-6-4. Stabilisation par cuisson
Elle est une méthode de stabilisation de premier choix avec pour seul inconvénient la consommation de l’énergie. En général, elle entraine une
24
restructuration moléculaire de la terre. Permet non seulement de la rendre moins friable, mais surtout moins sensible à l’eau et lui confère des résistances mécaniques plus élevées.
I-4-6-5- Stabilisation chimique
Son but est de modifier les propriétés d’une brique de terre par l’intermédiaire de certains adjuvants. Afin de diminuer la sensibilité à l’eau, on a souvent recours à l’adjonction de produits (liants hydrauliques par exemple), rendant les sols traités moins hydrophiles. Par exemple l’adjonction du ciment, qui est un liant hydraulique permet de lier les grains de sable tout en stabilisant l’argile. On obtient ainsi une amélioration des caractéristiques mécaniques et de la sensibilité à l’eau (P. Meukam, 2004).
I-4-7. Stabilisation au ciment
Lors de la fabrication des BTC stabilisée au ciment, il faut tenir compte du fait que le ciment a besoin d’eau pour faire sa prise (matériau hydraulique). Pour que le ciment assure son rôle de stabilisant, il faut un minimum de 3 à 4% en poids de ciment par rapport au poids de la terre utilisée, sinon il n’y a pas assez de liant. Suivant les qualités de ciment utilisées, ce pourcentage peut monter à plus de 10%. Plus la terre est composée d’éléments fins, plus il faudra de ciment pour lier les éléments entre eux. Dans le cas où il est difficile de se procurer du ciment, il est moins coûteux d’avoir une terre contenant des éléments plus gros car nécessitant moins de ciment pour un même degré de stabilisation (tout en restant dans les proportions et dimensions des éléments d’une terre propre à fabriquer des BTC). Pour des constructions devant résister à l’eau de pluie, il faut monter le pourcentage de stabilisant à 10%. (P.
Meukam, 2004).
25
En général, pour la stabilisation de la terre, il faut au moins 5 à 6 % de ciment pour obtenir des résultats satisfaisants. La résistance en compression reste très dépendante du dosage, 8% de ciment constituent souvent une limite supérieure économiquement acceptable (Doat, 1979).
D’après Gooding (Gooding, 1993), le bloc de terre stabilisée avec 3 à 12% en masse de ciment, semble être le bloc le plus courant. Par exemple, (Walker, 1995) indique que les blocs à base de moins de 5%
de ciment sont souvent trop friable pour être manipulés. Plus tard Walker (Walker, 1996) reconnaît que la teneur en argile du sol doit être comprise entre 5 et 20%, la teneur en ciment entre 4 et 10% et l'indice de plasticité du sol entre 2,5 et 30%.
Toutefois, il y a quelques orientations pour prédire la qualité des blocs résultats d’une terre donnée :
* le sol ne doit pas être trop argileux au risque d’entraîner des fissurations de retrait fragilisant les blocs (% 2µm < 30%) ;
* ce matériau doit présenter un minimum de plasticité assurant une cohésion entre les matériaux lors du compactage (% 2µm < 30%) ;
* les gros éléments du matériau ne doivent pas dépasser une taille limite dépendant de la taille des blocs, une moyenne de 5 mm est assez indiquée.
Les figures 4 et 5 (NOR 01) présentent les fuseaux granulaires et d’indice de plasticité pour les matériaux à utiliser en BTC.
26
Figure 4 : Fuseau granulaire des terres utilisables pour les BTC (NOR 01)
Figure 5 : Fuseau des indices de plasticité des terres utilisables pour les BTC (NOR 01)
27
Les techniques utilisées dans le cadre de notre travail sont la stabilisation mécanique couplée à la stabilisation chimique par ajout de ciment. La stabilisation mécanique, parce qu’elle nous permet d’augmenter la densité de notre matériau en resserrant les particules par compactage statique et la stabilisation au ciment, car l’ajout de ciment comme stabilisateur dont le but en plus d’augmenter la résistance des blocs et de réduire la porosité de la terre de barre lui offre une meilleure durabilité pour teneur en ciment supérieure à 8%, pour les matériaux constituant l’enveloppe du bâtiment susceptible de recevoir l’eau de pluie (P. Meukam, 2004).
I-4-8- Les Blocs de terre comprimée
Par rapport à l'histoire de la construction en terre, la technique du bloc de terre comprimée (BTC) est une technique récente. Cette technique est une évolution moderne du bloc de terre moulée, plus communément dénommé bloc d'adobe. Au lieu qu’ils soient moulés à la main dans un cache en bois, les blocs sont obtenus par compression de la terre, légèrement humide dans une presse métallique. Comparé au bloc moulé à la main, le BTC est très régulier en formes et en dimensions, plus dense et présente une meilleure résistance à la compression et à l'eau (CRATerre, 1991).
Le développement significatif de l'emploi des presses et de l'utilisation constructive et architecturale du bloc de terre comprimée n'a été finalement engagé qu'à partir de 1952 suite à l'invention de la fameuse petite presse "CINVARAM", imaginée par l'ingénieur Raul Ramirez, au centre CINVA de Bogota, en Colombie. Elle fut utilisée dans le monde entier. Les années 70 et 80 ont amené l'apparition d'une nouvelle génération de presses manuelles, mécaniques et motorisées et le développement aujourd'hui considérable d'un véritable marché de la
28
production et de l'utilisation du bloc de terre comprimée (Rigassi, 1995).
Aujourd’hui, le marché accueille une large gamme de produits de terre comprimée (Houben, 2006) (voir figure 1.2) :
a). Blocs pleins, principalement de forme prismatique (parallélépipèdes, cubes, hexagones multiples, etc.). Leur usage est très varié.
Figure 6 : Les blocs pleins
b). Blocs creux, contenant normalement de 15 % de creux, 30 % avec des procédés sophistiqués. Les évidements créés au sein des blocs améliorent l'adhérence du mortier et allègent les blocs. Certains blocs évidés permettent la réalisation de chaînages (coffrage perdu).
Figure 7 : Les blocs évidés
c). Blocs alvéolaires, présentant l'avantage d'être légers mais exigent des moules assez sophistiqués ainsi que des pressions de compression plus forte que la normale ayant l’avantage d’être légers mais exigent des moules sophistiqués ainsi que des pressions de compression plus importantes. Leur production est délicate. Ils sont particulièrement adaptés à la maçonnerie armée (région sismique). (Bachir TAALLAH, 2014)
29
Figure 8 : Les blocs alvéolaires
d). Blocs à emboitements, peuvant éventuellement permettre de se passer de mortier mais exigent des moules assez sophistiqués et en général des pressions de compression plus ou moins élevées. C’est ceux–ci qui font l’objet de notre étude.
Figure 9 : Les blocs à emboîtement
e). Blocs parasismiques, dont la forme améliore leur comportement parasismique ou permet une meilleure intégration de systèmes structuraux parasismiques : chainage par exemple.
f). Blocs spéciaux, fabriqués exceptionnellement pour une application spécifique.
Les BTC offrent de multiples avantages dont le principal est la grande disponibilité de la terre au plan local. Sur le plan écologique, ils favorisent une réduction des émissions de CO2, dont 5 % de l’émission mondiale provient de la production du ciment [BERREHAIL Tahar, 2009). Ils permettent une réduction de la fuite des devises par une diminution des matériaux importés et une production manuelle à haute intensité de main d’œuvre ; ce qui favorise l’économie locale.
30
Les BTC peuvent être stabilisés. Dans ce cas on parle alors de « bloc de terre comprimée stabilisée».
La production de nos blocs suit le cycle suivant : Tableau 3 : Cycle de production des blocs
31
CHAPITRE II
APPROCHE METHODOLOGIQUE
32
II-1- Les materiaux utilisés
Dans notre mémoire, nous avons utilisé comme matériaux la terre de barre, le ciment et l’eau.
II-1-1-La terre de barre
Elle a été prélevée dans une carrière à Zè dans la commune de Zè et dans une carière à Comè dans la commune de Comè
Photo 1 : Carrière de terre de barre de Zè et remplissage des sacs La terre prélevée est séchée au soleil puis passée au tamis 2mm avant d’être soumise aux essais. (TAALLAR, 2014)
Photo 2 : terre de barre de Zè séchée au soleil
33 II-1-2-Le ciment
Le ciment utilisé est de type bouclier CPJ 35. Il est utilisé dans les blocs de terre stabilisée à froid.
II-1-3- L’eau
L’eau de gâchage est celle du réseau de distribution de l’Université d’Abomey-Calavi.
II-2- Le programme expérimental
L’utilisation des terres en construction est d’abord directement liée à leur comportement lors de leur mise en place.
Des essais permettent de définir la classe du matériau à partir des résultats de plusieurs types d’essais. Ainsi on distingue trois (03) catégories d’essais :
- Les essais d’identification ou de nature ; - Les essais d’état ;
- Les essais de comportement mécanique.
Pour notre étude, les sols ont été appréciés suivant leur nature et leur comportement mécanique.
Des essais d’identification ont donc été réalisés sur les matériaux de base (terre de barre) notamment :
- l’analyse granulométrique par tamisage et par sédimentométrie afin de connaitre sa répartition granulométrique ;
- l’indice de plasticité qui passe par la détermination des limites d’Atterberg afin de caractériser l’argilosité des sols.
Par la suite, des essais de caractérisation mécanique (résistances en flexion 3 points et en compression) ont été effectués sur les blocs de terre de barre (dosages spécifiés) stabilisés au ciment pour les blocs à
34
base de terre de barre, confectionnés, afin d’apprécier leurs comportements en vue de leur utilisation dans le bâtiment.
Tous les essais ont été faits avec une température à l’étuve de 105°C.
Pour chaque type d’essai mécanique, le nombre d’éprouvettes est de trois (03).
Dans ce programme expérimental, un seul moule a été utilisé pour la confection des éprouvettes :
-400, NA2600) de dimensions (4 × 4 × 16) cm3 sont utilisées pour la détermination des résistances à la flexion 3 points.
3 obtenues des demi-blocs issus de la rupture en flexion trois (03) points sont utilisées pour la détermination des résistances en compression.
Pour les différentes mesures une balance de portée maximale 3 kg a été utilisée. Nous avons également utilisé des récipients, une éprouvette graduée, des pinceaux, des truelles, un moule, de l’huile de coffrage, etc.
La composition du mélange sec Terre de barre-Ciment pour les blocs " a été choisie de manière à observer après essais, l’influence de divers dosages du ciment sur les blocs.
Ainsi, pour une masse totale de mélange sec m fixée, on prélève ensuite x% de terre de barre et y% de ciment (pour les blocs stabilisés à froid).
Le rapport terre de barre-ciment dans le mélange sec est maintenu constant et le dosage se fait de la façon suivante :
Terre de barre
Terre de barre + ciment = 𝑥%
35
ciment
Terre de barre + ciment= 𝑦%
Exemple :
Pour une masse sèche totale m = 100g de mélange, on aura : - A un dosage de 5% de ciment ;
m = 5g (ciment) + 95g [95% (terre de barre)
II-3- Description de quelques essais d’identification effectués sur les matériaux étudiés
En vue de leur identification complète à l’état naturel, les prélèvements réalisés sur les emprunts en étude ont subi les essais suivants :
l’analyse granulométrique ;
les limites d’Atterberg ;
l’essai Proctor modifié ;
II-3-1- L’analyse granulométrique
Pratiquée conformément à la norme NF P 94-056, l’analyse granulométrique permet de déterminer les proportions rapportées au poids sec du sol des fractions granulométriques classées par dimensions des grains. Le classement se fait à partir de tamis à maille carrée ou de passoires à trous. L’analyse granulométrique est réalisée par :
par tamisage mécanique (NF P94-056) pour des grains supérieurs à 0,080 mm,
et par sédimentométrie (NF P94-057) pour les particules de dimensions inférieures à 0,080 mm.
Tout ceci permet de tracer la courbe granulométrique du matériau.
36 II-3-2- Tracé de la courbe granulométrique
Il suffit de porter les divers pourcentages des tamisats cumulés sur une feuille semi-logarithmique :
en abscisse : les dimensions des mailles, échelle logarithmique ;
en ordonnée : les pourcentages sur une échelle arithmétique.
La courbe doit être tracée de manière continue.
II-3-3- Les limites d’Atterberg (NF P 94-051) II-3-3-1-Définition
Les limites d’ATTERBERG sont des paramètres d’identification des sols fins nous permettant de connaitre la limite de liquidité, de plasticité et l’indice de plasticité. Ces limites encore appelées limites de consistance caractérisent la consistance des sols.
Les seuls éléments sur lesquels l’eau agit en modifiant la consistance du sol, sont les éléments fins (fraction passant au tamis de 0,4 mm). Raison pour laquelle les limites d’ATTERBERG sont déterminées uniquement sur cette fraction.
Suivant la quantité d’eau présente dans le sol, on peut définir convenablement trois états : liquide, plastique et solide. Les essais en vue de déterminer les limites d’Atterberg permettent de distinguer ces états en déterminant expérimentalement deux limites caractéristiques :
‒ limite de liquidité (WL) ; teneur en eau relativement élevée à laquelle le sol passe de l’état plastique à l’état liquide ;
‒ limite de plasticité (WP) ; teneur en eau relativement faible à laquelle le sol passe de l’état solide à l’état plastique.
La différence de teneur en eau entre les limites de liquidité et de plasticité représente l’indice de plasticité du sol :
37 II-3-3-2- Matériels
l’appareil de CASAGRANDE ;
une coupelle lisse pour matériaux argileux et d’une coupelle rugueuse à écaille pour matériaux sableux ;
un marbre en plastique en fer ou en carreau ;
un outil à rainurer (2 mm environ de rainure) ;
une bouteille à eau ;
un récipient d’eau et une mousse ;
une spatule à bout large pour le malaxage ;
une spatule à bout mince pour le prélèvement communément appelée Langue-de-chat ;
uneétuve ;
des capsules ou boîtes de pétri ;
tamis 0,40 mm à maille carrée ;
balance électronique de précision.
Photo 3 : Appareil de Cassagrande
NB : Cet appareillage est valable pour la détermination des deux (02) limites à savoir : la limite de liquidité (WL) et la limite de plasticité (WP).
IP =WL-WP
38
II-3-3-3- Méthode
Préparation de l’échantillon Elle se fait comme suit :
prendre un échantillon représentatif du sol ;
y ajouter de l’eau puis laver à l’aide des deux mains sur le tamis 0,400 mm jusqu’au détachement des particules fines et le refus du tamis est rejeté ;
recueillir le tamisât de massem200g , laisser reposer et décanter pendant 24h ;
enlever le liquide surnageant ;
mettre à l’étuve afin de dégager une partie de l’eau.
NB: l’échantillon est mis à l’étuve à 60°c pendant 6h de temps mais en cas de délais trop courts, on le met à 105°c pendant 4h.
retirer l’échantillon de l’étuve et laisser refroidir quelques minutes.
Dans le cas où il est jugé trop sec, on peut l’arroser d’un peu d’eau.
II-3-3-4- Détermination de la limite de liquidité (WL)
Pour avoir les valeurs de la limite de liquidité, il faut :
prendre une partie de l’échantillon par quartage ;
malaxer sur le marbre à l’aide de la spatule en y ajoutant de l’eau ;
mettre soigneusement une portion dans la coupelle de l’appareil de CASSAGRANDE (m70g) ;
réaliser un sillon appelé rainure d’environ 2 mm passant par le centre de la coupelle puis actionner la manivelle de l’appareil à raison de 2 coups par seconde ;
39
compter le nombre N de coups qui provoquent une fermeture d’une longueur d’environ un centimètre des lèvres; on a :15N35. La fermeture doit se produire par affaissement de la pâte dans sa masse et non par glissement sur la paroi de la coupelle ;
prélever au niveau de la fermeture une masse d’environ 5g de part et d’autre des lèvres de l’échantillon dans une boite de pétri, la peser puis la mettre à l’étuve ;
l’opération complète est effectuée au moins quatre fois sur la même pâte mais avec une teneur en eau différente à chaque fois (+2% environ) et un écart constant de nombre de coups (4coups environ) ;
peser les échantillons secs après 24 heures pour déterminer les teneurs en eau.
II-3-3-5- Détermination de la limite de plasticité (WP)
Etaler une quantité donnée de l’échantillon d’essai sur la plaque de verre puis on laisse sécher un peu ;
Faire des galettes de 3 mm de diamètre et de 10cm de longueur obtenues après fissure lors de la réalisation.
La galette fissurée est mise à l’étuve après détermination de son poids humide. Le poids sec est pris au bout de 24 heures puis on détermine la limite de plasticité qui n’est rien d’autre que la teneur en eau des galettes.
II-3-3-6-Classification
Les sols sont souvent classés en fonction de leur plasticité. L’indice de plasticité est en relation avec la quantité d’argile que comporte le sol.
40
Les sols sont classés en général en fonction de leur plasticité de la façon suivante :
- 0 ˂ IP ˂ 5 : non plastique - 5 ˂ IP ˂ 15 : peu plastique - 15 ˂ IP ˂ 40 : plastique - IP >40 : très plastique
II-3-4- L’essai Proctor Modifié (NF P 94-093)
L’essai permet de déterminer les caractéristiques de compactage d'un matériau routier. Ces caractéristiques sont la teneur en eau optimale et la masse volumique sèche maximale.
On utilise lors de sa mise en œuvre :
une balance de précision ;
une balance Roberval ;
le moule Proctor ;
la dame Proctor ;
une éprouvette graduée ;
une étuve.
Figure 10 : Moule et dame Proctor
41
Notons qu’avant de subir l’essai, le matériau (la latérite) doit être criblé au tamis 20 mm.
Le principe consiste à humidifier un matériau à plusieurs teneurs en eau et à le compacter, pour chacune des teneurs en eau, selon un procédé et une énergie conventionnels. Pour chacune des valeurs de teneur en eau considérées, on détermine la masse volumique sèche du matériau et on trace la courbe des variations de cette masse volumique en fonction de la teneur en eau. D'une manière générale cette courbe, appelée courbe Proctor, présente une valeur maximale de la masse volumique du matériau sec qui est obtenue pour une valeur particulière de la teneur en eau. Ce sont ces deux valeurs qui sont appelées caractéristiques optimales de compactage Proctor modifié.
II-4- Résultats des différents essais
II-4-1- Analyse granulométrique par tamisage
Tableau 4 : Analyse granulométrique Module
AFNOR
Ouverture des tamis (mm)
Refus Partiel (g)
Refus cumulé (g)
% Refus cumulé
% cumulé des passants
34 2 0 0 0.00 100
23 0.400 73.1 73.1 29.26 71
19 0.200 37.8 110.9 44.40 56
16 0.100 6.7 117.6 47.08 53
15 0.080 0.1 117.7 47.12 53
42
Figure 11 : Courbe granulométrique par tamisage échantillon
II-4-2- Analyse granulométrique par sédimentométrie
Tableau 5 : Analyse granulométrique par sédimentométrie Temp
s de lectur e (s)
Lecture densimètr e
Tempérae (°C)
Ct P % sur
tamis à 80μ
P' D (μm)
30 1,0185 21,7 0,002416 0,8096465
6
71,2 5
70,26
60 1,0183 24,7 0,002416 0,8017305
8
70,5 5
48,12
120 1,0175 24,5 0,002416 0,7700666
5
67,7 7
34,47
43
300 1,017 24,5 0,002366
7
0,7483254 1
65,8 5
20,80
600 1,0165 24,5 0,002366
7
0,7285354 6
64,1 1
14,82
1200 1,0155 24,5 0,002333 0,6876217 1
60,5 1
10,62
2400 1,0145 24 0,002333 0,6480418 57,0 3
7,66
4800 1,0142 24 0,002316
7
0,6355226 8
55,9 3
5,44
14400 1,0132 25 0,002416 0,5998730 6
52,7 9
3,15
86400 1,0125 24 0,00225 0,5655968 6
49,7 7
1,31
44
Figure 12 : Courbe granulométrique par sédimentométrie
II-4-3- Limites d’atterberg
Tableau 6 : Limite d’Atterberg
LIMITE DE LIQUIDITE LIMITE DE
PLASTICITE Nombre de
Coups
15 21 27 33
N° de la tare
1 2 3 4 1 2
Masse de la tare (g)
59,973 61,196 53,780 60,721 57,789 53,295
Masse Totale Humide (g)
63,322 65,317 57,332 64,614 58,544 54,768
Masse 62,038 63,759 56,003 63,170 58,362 54,409
10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
1,00 10,00 100,00
Pourcenta ge pondéral (%)
Diamètre équivalent (µm)
AG par sédimentométrie
45
Totale sèche (g) Masse d'eau (g)
1,284 1,558 1,329 1,444 0,182 0,359
Masse du matériau sec (g)
2,065 2,563 2,223 2,449 0,573 1,114
Teneur en eau (%)
62,18 60,79 59,78 58,96 31,76 32,23 31,995
Figure 13 : Courbe limite d’Atterberg
