CARACTERISATION GEOTECHNIQUE DES SILEXITES DE MBORO, QUARTZITES DE BAKEL ET CALCAIRES

Généralités sur le béton hydraulique

Le béton est un matériau multiphasique, constitué d’un mélange de plusieurs composants : ciment, eau, sable, gravillons et, le plus souvent, adjuvants, additions ou fibres qui constituent un ensemble homogène.

Composition du béton hydraulique

Le béton, mélange de plusieurs composants très différents, présente des caractéristiques qui sont fonction de celles de ces composants et de leur proportion dans le mélange. L’évolution des connaissances du matériau, les exigences nouvelles en matière de propriétés ont incité les chercheurs et les utilisateurs à introduire dans les formulations de nouveaux « produits » afin d’obtenir des propriétés singulières.

Eau de gâchage

L’eau joue un double rôle dans la formulation du béton :  déclencher l’hydratation du ciment (liant hydraulique) qui conduit à la prise et au durcissement du béton par la formation de constituants hydratés qui ont des propriétés liantes ;  assurer la maniabilité du béton frais pour faciliter sa mise en place. Le dosage en eau à travers le rapport Eau/Ciment (E/C) est un paramètre déterminant vis-à-vis de la porosité, de la résistance et donc de la durabilité du béton. Plus le rapport E/C est faible plus ces propriétés sont favorisées. En règle générale le rapport E/C est compris entre 0,4 et 0,6. L’eau utilisée pour formuler le béton doit être conforme à la norme NF EN 1008 « Eaux de gâchage ». Cette norme :  Définit les spécifications relatives à la qualité de l’eau utilisable pour la production de béton ;  Décrit les méthodes permettant d’apprécier son aptitude à l’emploi selon des critères chimiques (teneur en chlorures, sulfates, alcalins, sucres…) et mécaniques (temps de prise, résistance…) ;  Définit les différents types d’eaux et leur aptitude à l’emploi. L’eau potable du réseau de distribution convient parfaitement. Les eaux de nappes phréatiques ou de captage doivent être analysées par des essais bien définis.

Ciments

Le ciment appartient à la classe des liants hydrauliques. Un liant hydraulique est un corps qui présente la faculté de faire prise en présence d’eau et de durcir, mais également une fois durci, de résister à l’action de l’eau (NF EN 197-1). Le durcissement est dû aux réactions chimiques d’hydratation des silicates et aluminates de chaux. Le ciment est obtenu à partir d’un ou plusieurs constituants

Les principaux constituants du ciment

Les constituants du ciment sont :  Le clinker Portland (K)  Laitier granulé de haut fourneau (S)  Pouzzolanes naturelles (Z) ou naturelles calcinées (Q)  Cendres volantes siliceuses (V) ou calciques (W)  Schistes calcinés (T)  Calcaires (L, LL)  Fumées de silice (D)  Le sulfate de calcium  Constituants secondaires  Additifs

Les types de ciments courants

Les différents types de ciments courants sont :  Le ciment Portland : CEM I : 95 % de clinker et au plus 5 % de constituants secondaires.  Le ciment Portland composé : CEM II/A ou B : 65 % de clinker et au plus 35 % d’autres constituants.  Le ciment de haut fourneau : CEM III/A ou B : 36 et 80 % de laitier et 20 à 64 % de clinker.  Le ciment de haut fourneau : CEM III/C : 81 % de laitier et 5 à 19 % de clinker. 16  Le ciment pouzzolanique : CEM IV/A ou B : 65 à 90 % de clinker(A) et 45 à 64 (B) en plus d’un constituant en propriété pouzzolanique.  Le ciment composé : CEM V/A ou B : 20 à 64 % de clinker, de 18 à 50 % de cendres volantes et de 18 à 50 % de laitier. 

Granulats

On appelle granulats des matériaux pierreux de petites dimensions (comprises entre 0 et 125 mm), produits par l’érosion ou le broyage mécanique (concassage) des roches. Ce sont des matériaux entrant dans la composition des bétons et mortiers et destinés à réaliser des ouvrages de travaux publics, de génie civil et de bâtiment. Ils constituent le squelette du béton et ils représentent, environ 80% du poids total du béton. Ils sont constitués de sables (Gros et Fin) et de graviers. Cependant, les granulats doivent satisfaire à certaines exigences de qualité pour qu’ils soient utilisés dans le béton. Ils peuvent être mis en œuvre, soit sans liant : ballast des voies de chemin de fer, couches de fondation des routes, remblais… soit en les solidarisant avec un liant : ciment pour le béton, bitume pour les enrobés… Suivant les normes en application, les granulats se définissent par leurs :  Caractéristiques de fabrication (granularité, aplatissement, angularité, qualité et quantité des fines…) ;  Caractéristiques intrinsèques (résistance à l’usure, à la fragmentation, au polissage, …). 

Origine et types de granulats

Un granulat est dit naturel s’il est d’origine minérale et issu de roches meubles (alluvions) ou de roches massives, n’ayant subi aucune transformation autre que mécanique (tels que concassage, broyage, criblage, lavage). Il est dit artificiel lorsqu’il est d’origine minérale et résultant d’un procédé industriel comprenant des transformations thermiques ou autres. On parle de granulat recyclé, lorsqu’il est obtenu par traitement d’une matière organique utilisée précédemment dans la construction, tels que les bétons de démolition de bâtiments Les granulats sont dits légers lorsque leur masse volumique réelle ρr est inférieure à 2 g/cm3 , courants si ρr est comprise entre 2 et 3 g/cm3 et lourds au-delà de 3 g/cm3 (Lazhar, 2011). On peut obtenir les granulats :Soit en exploitant directement les alluvions détritiques non consolidées, de type sable et graviers des rivières (dans certains cas, ils peuvent être ultérieurement concassés) ;  Soit par concassage des roches massives : granites, diorites, basaltes, calcaires, quartzites. Les professionnels distinguent trois catégories principales de granulats en fonction de leur nature et de leur origine :  Les granulats d’origine alluvionnaire, alluviale, marine et autres dépôts ;  Les granulats de roches massives, roches éruptives, calcaires, autres roches sédimentaires et roches métamorphiques ;  Les granulats de recyclage et artificiels : bétons recyclés, laitiers de hauts-fourneaux…

Classification des granulats selon leurs dimensions

Un granulat est caractérisé par sa classe d/D ; d et D étant respectivement la plus petite et la plus grande dimension des grains. La norme NF P 18 545 indique la terminologie des granulats selon leurs dimensions :  Fines (fillers) : D ≤ 0,063 mm  Sables : d = 0 mm et D ≤ 4 mm ;  Gravillons : d ≥ 2 mm et 4 ≤ D ≤ 63 mm ;

Les additions

Les additions sont des constituants minéraux finement divisés utilisés dans le béton afin d’améliorer certaines propriétés ou pour lui conférer des propriétés particulières. Les additions peuvent être de deux types :  Le type I comprend les matériaux quasiment inertes (filler calcaire et pigments) qui ne génèrent aucune réaction chimique.  Le type II désigne des matériaux à propriétés pouzzolaniques (cendre volante ou fumée de silice) ou à hydraulicité latente (laitier de haut-fourneau) qui contribuent à la résistance et à la durabilité du béton lors de l’hydratation du ciment.

Les adjuvants

Les adjuvants sont des produits chimiques qui, incorporés dans les bétons lors de leur malaxage ou avant leur mise en œuvre à des doses inférieures à 5% du poids de ciment, provoquent des modifications des propriétés ou du comportement de ceux-ci. Pour des raisons de commodité d’utilisation, la plupart des adjuvants se trouvent dans le commerce sous forme de liquides. Certains adjuvants existent en poudre, afin de réduire leur coût de transport. Dans ce cas il faut généralement les diluer avant l’emploi : la dispersion homogène d’une petite quantité de poudre dans un malaxeur de centrale à béton est en effet moins certaine que celle d’un liquide. Un adjuvant a, en général une action principale d’après laquelle il se trouve classé et défini, mais il peut présenter également certaines actions secondaires que l’on appelle généralement « effet secondaire ». 2.1.6.1. Classification des adjuvants Les normes européennes retiennent la classification suivante :  Plastifiants réducteurs d’eau : produits qui viennent se fixer par adsorption à la surface du ciment. Ils provoquent une défloculation des grains et une lubrification de la pâte. Ce processus permet soit une amélioration de la maniabilité sans augmenter le dosage en eau, soit une réduction du rapport E/C, donc une augmentation des résistances mécaniques, sans modifier la maniabilité.  Superplastifiants hautement réducteurs d’eau : mode d’action similaire à celui des plastifiants mais il se produit avec une intensité bien plus importante.  Rétenteurs d’eau : réduisent la tendance au ressuage des bétons et améliorent la cohésion des bétons fluides dont le sable manque d’éléments fins ou à faible dosage en ciment.  Rétenteurs d’air : améliorent essentiellement la plasticité et l’ouvrabilité du béton.  Accélérateurs : augmentent la vitesse d’hydratation du ciment. On distingue : o Accélérateurs de prise : alcalis, carbonates et sulfates de soude ou de potasse, utilisés surtout par temps froid ; o Accélérateurs de durcissement : chlorures et carbonates, plus généralement employés afin de réduire certains délais pour décoffrer ou manutentionner les pièces. 19  Retardateurs de prise : retardent plus ou moins longtemps l’hydratation et le début de prise du ciment.  Hydrofuges : introduits dans la masse du béton, ont pour fonction principale d’en diminuer l’absorption capillaire. Certains adjuvants peuvent avoir plusieurs de ces fonctions. Selon la propriété recherchée pour le béton, on aura recours à l’adjuvant approprié. Compte tenu de la diversité des produits disponibles, on se conformera aux prescriptions du fabricant pour leur emploi et leur dosage, et on vérifiera leur compatibilité avec le ciment.

Différents types de béton hydraulique

Le béton varie en fonction de la nature des granulats, des adjuvants, des colorants, des traitements de surface, et peut ainsi s’adapter aux exigences de chaque réalisation, par ses performances et par son aspect. C’est ainsi que nous avons :  Les bétons courants sont les plus utilisés, aussi bien dans le bâtiment qu’en travaux publics. Ils présentent une masse volumique de 2500 kg/m3 environ. Ils peuvent être armés lorsqu’ils sont très sollicités en flexion, précontraints.  Les bétons lourds, dont les masses volumiques peuvent atteindre 6000 kg/m3 servent, entre autres, pour la protection contre les rayons radioactifs.  Les bétons de granulats légers, dont la résistance peut, néanmoins, être élevée, sont employés dans le bâtiment.  Les bétons cellulaires peuvent répondre aux problèmes d’isolation dans le bâtiment.  Les bétons fibrés, plus récents, correspondent à des usages très variés : dallages, éléments décoratifs, mobilier urbain.  Les BHP, les BAP, les BFUP.