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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE ABOUBEKR BELKAID - TLEMCEN FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE CIVIL MEMOIRE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE MAGISTER EN GENIE CIVIL OPTION : MATERIAU BETON Présenté et soutenu le / / 2012 par : Mr HANINI Walid ETUDE DE L'INCIDENCE DE LA GRANULARITE SUR LA COMPACITE DES MELANGES GRANULAIRES Jury De SOUTENANCE Mr N. ABOUBEKR Pr Univ. Tlemcen Président Mr M. MEGHACHOU Pr Univ. Sidi-Bel-Abbes Examinateur Mr A. BAGHLI MAA Univ. Tlemcen Examinateur Mr F. GHOMARI Pr. Univ. Tlemcen Encadreur Mr M.A. BOUKLI HACENE MCA Univ. Tlemcen Encadreur RESUME L’optimisation granulaire est une étape primordiale dans la formulation du béton. Un squelette granulaire plus compact diminue le volume de vides dans le béton et laisse moins d’espace à occuper par la pâte de ciment, ce qui conduit à une bonne résistance et une diminution du retrait et du fluage, ainsi qu'a une économie. La compacité d’un milieu granulaire dépend de certaines propriétés telles que la distribution de taille et la forme des particules, la paroi du récipient et du gros ganulat, le desserrement entre particules ainsi que le mode de mise en place. Ce travail présente une étude comparative de la compacité des mélanges granulaires sur des granulats calcaires concassés provenant de l'ENG, optimisé par voie expérimentale à l'aide d'un banc d'essai réalisé localement au niveau de notre laboratoire conformément aux recommandations de la méthode (N°61 LCPC) et par voie théorique, en se basant sur le concept du modèle d'empilement compressible. Deux cents quatre essais on été effectués et le modèle nous a donné un taux de corrélation très acceptable par rapport aux résultats expérimentaux. Mots clés : granulats, compacité, mélange, béton, table à secousses, logiciel René lcpc. (LCPC 61 René lcpc : ABSTRACT The granular optimization is an essential step in the formulation of concrete. A more compact granular skeleton decreases the volume of voids in the concrete, leaving less space to be occupied by the cement paste, leading to strong resistance and reduced shrinkage and creep, as well an economy. The compactness of a granular mixture depends on certain properties such as size distribution and particle shape, the container wall and large ganulat, looseness between particles and the method of implementation. This work presents a comparative study of the compactness of granular mixtures of crushed limestone aggregate from the ENG, optimized experimentally using a test done locally in our laboratory as recommended by the method (LCPC N° 61) and by theoretical, based on the concept of stacking compressible model. Two hundred four trials have been conducted and the model gave us a very acceptable correlation rate compared to experimental results. Key words: aggregates, compactness, mixture, concrete, shaking table, software René lcpc. REMERCIEMENTS J'aimerais exprimer ma profonde gratitude à Messieurs GHOMARI Fouad, Professeur à l’Université de Tlemcen et BOUKLI HACENE Sidi Mohammed El Amine, Maître de conférences à l’Université de Tlemcen, qui m’ont fait confiance en acceptant de m’encadrer. Je leur suis très reconnaissant de l’opportunité qu’ils m’ont offerts pour élaborer ce modeste travail. Leurs remarques pertinentes et leurs esprits de synthèse m’ont permis d’avoir une autre vision sur la problématique abordée. Je tiens à exprimer ma sincère reconnaissance à monsieur ABOUBEKR Nabil, Professeur à l’université de Tlemcen, qui m’a fait l’honneur d’accepter de présider le jury. Mes vifs remerciements s'addressent à Monsieur MEGACHOU Mourad, Professeur à l’Université de Sidi Belabbes et Monsieur BAGHLI Abdellatif, Chargé de cours à l’Université de Tlemcen, pour l’intérêt qu’ils ont bien voulu porter à ce travail en acceptant de l’examiner et de participer à mon jury de soutenance. Un remerciement particulier à tous mes collègues de travail qui ont participés de prés où de loin au bon déroulement de ce travail. Enfin, je voudrais exprimer mes plus profonds remerciements à mon père, à ma mère, à mes frères, à mes soeurs, et à toute ma grande famille pour leur soutien constant,leur patience et leur encouragement tout au long de ces années d'etudes. 1 SOMMAIRE Résumé Abstract Remerciements Liste des figures........................................................................................................... 4 Liste des tableaux......................................................................................................... 7 Liste des notations....................................................................................................... 8 INTRODUCTION GENERALE................................................................................... 10 Chapitre 1. Empilements et porosités des milieux granulaires........................ 12 1.1 Introduction....................................................................................................... 13 1.2 L’empilement granulaire dans le béton......................................................... 13 1.3 L’empilement des milieux granulaires secs.................................................. 14 1.3.1 Empilement de sphères dans un plan (2 dimensions)................................. 14 1.3.2 Empilement de sphères en 3 dimensions........................................................ 15 1.4 Méthodes de mesure de la compacité............................................................ 16 1.4.1 Méthode de versement simple.................................................................... 16 1.4.2 Méthode de Piquage................................................................................... 17 1.4.3 Méthode de vibration avec compression.................................................... 17 1.4.4 Essai de compacité des fractions granulaires à la table à secousses......... 18 1.5 Facteurs influant l’empilement granulaire.................................................... 18 1.5.1 Effet de la taille et la forme des grains....................................................... 18 1.5.2 Effet de la paroi et de desserrement.......................................................... 19 1.5.3 Effet du mode de mise en place (l’énergie de serrage)............................... 20 1.5.4 Effet de la ségrégation............................................................................... 21 1.5.5 Effet de l’étendue granulaire...................................................................... 21 1.6 Méthodes de formulations.............................................................................. 22 1.6.1 Introduction............................................................................................... 22 1.6.2 Méthodes classiques de formulation des bétons....................................... 23 1.6.3 Méthodes récentes de formulation des bétons.......................................... 25 2 1.7 Conclusion........................................................................................................ 26 Chapitre 2. Modèles de prévision de la compacité des milieux granulaires........ 27 2.1 Introduction...................................................................................................... 2.2 Evolution des modèles de prévision de la compacité................................. 28 28 2.2.1 Le modèle linéaire de compacité (MLC).................................................... 28 2.2.2 Le modèle d'empilement virtuel....................................................................... 32 2.2.3 Le modèle de suspension solide (MSS).......................................................... 34 2.2.4 Le modèle d'empilement compressible (MEC)............................................... 36 2.3 Intégration du modèle d'empilement compressible dans un logiciel........ 41 2.3.1 Logiciel René LCPC.......................................................................................... 41 2.3.2 Fonctionnement du logiciel.............................................................................. 43 2.4 Conclusion.................................................................................................................. 50 Chapitre 3. Etude expérimentale et prévisionnelle des compacités des milieux granulaires............................................................................................................ 51 3.1 Introduction............................................................................................................... 52 3.2 Présentation de la carrière.................................................................................... 52 3.2.1 Situation géographique..................................................................................... 52 3.2.2 Aperçu géologique............................................................................................. 53 3.3 Identification des granulats............................................................................. 53 3.3.1 Caractéristiques géométriques......................................................................... 53 3.3.2 Caractéristiques physiques............................................................................... 54 3.3.3 Caractéristiques mécaniques............................................................................ 55 3.4 Programme expérimental....................................................................................... 56 3.5 Présentation de l’essai de compacité (Méthode d’essai n° 61 LCPC)......... 57 3.5.1 Appareillage........................................................................................................ 58 3.5.2 Mode opératoire.................................................................................................. 59 3.5.3 Expression des résultats................................................................................... 60 3.6 Résultats expérimentaux....................................................................................... 61 3.6.1 Compacité des classes élémentaires............................................................... 61 3.6.2 Compacité des mélanges binaires.................................................................... 62 3.6.3 Compacité des mélanges ternaires.................................................................. 64 3.6.4 Compacité des mélanges quaternaires............................................................ 66 3.7 Comparaison des résultats expérimentaux avec les résultats obtenus par le modèle d’empilement compressible (logiciel René LCPC)........................... 68 3.8 Conclusion................................................................................................................. 73 3 CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES........................................................... 74 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES.............................................................................. 76 ANNEXES.................................................................................................................... 79 4 LISTE DES FIGURES 13 Figure 1.1 Mélange de grains de tailles différentes…………………………………. 14 Figure 1.2 Empilements ordonnés de sphères unimodale : empilement cubique (à gauche) et hexagonal (à droite)……………………………………… 15 Figure 1.3 Empilements ordonnés de sphères multimodales : empilement cubique (à gauche) et hexagonal (à droite) (Pietsch, 1991 et 2002)…. 16 Figure 1.4 Compacités théoriques et expérimentales (Geary, 1961) de mélanges binaires : représentation en fonction des pourcentages massiques de grosses particules et du rapport de taille………………………………… 17 Figure 1.5 Dispositif de mesure de la compacité (El Barrak, 2005)……………….. 18 Figure 1.6 Variation de compacité en fonction de la forme des particules………... 19 Figure 1.7 Valeur des compacités pour des grains roulé et concassé (de Larrard, 2000) ……………………………………………………………………….. 19 Figure 1.8 Effet de la paroi du récipient (de Larrard, 2000)………………………… 19 Figure 1.9 Effet de paroi entre granulats (de Larrard, 1988)………………………. 20 Figure 1.10 Effet de desserrement (de Larrard, 1988)............................................. 20 Figure 1.11 Compacité pour différents modes de mise en place des grains concassés (de Larrard, 2004)……………………………………………... 22 Figure 1.12 Rôle du rapport d2 / d1 sur la compacité (Kechkar et Cherait, 2008)…. 29 Figure 2.1 Mélange binaire sans interaction gros grains dominants (Sedran, 1999)………………………………………………………………. 29 Figure 2.2 Mélange binaire sans interaction grains fins dominants (Sedran,1999) 30 Figure 2.3 Effet de paroi et de desserrement (Sedran,1999)................................. 32 Figure 2.4 Valeurs théoriques et expérimentales de la compacité pour divers mélanges en fonction de la proportion de la classe la plus fine (Kechkar et Cherait, 2008)…………….. .............................................. 33 Figure 2.5 Les deux classes ont le même diamètre (Sedran, 1999)………………. 37 Figure 2.6 Variation de K en fonction de la compacité (de Larrard, 2000)……….. 39 Figure 2.7 Compacités des mélanges binaires de granulats roulés. Compacité en fonction de la proportion de grains fins, points expérimentaux et lissages fournis par le modèle (de Larrard, 2000)……………………… 39 Figure 2.8 Compacités des mélanges binaires de granulats concassés. Compacité en fonction de la proportion de grains fins, points expérimentaux et lissages fournis par le modèle (de Larrard, 2000)… 5 Figure 2.9 Comparaison entre prévision et mesures pour les mélanges ternaires (de Larrard ; 2000)………………………………………………………….. 41 43 Figure 2.10 Schéma fonctionnel du logiciel René-LCPC (Sedran, 1999)………….. 43 Figure 2.11 Fenêtre "Bibliothèque de constituant"……………………………………. 44 Figure 2.12 diamètre min et max des grains…………………………………………... 45 Figure 2.13 Fenêtre "propriété du constituant"………………………………………… 45 Figure 2.14 Fenêtre "Compacités propres des classes granulaires"……………….. 46 Figure 2.15 La valeur d’indice de compaction…………………………………………. 47 Figure 2.16 Fenêtre "confinement"……………………………………………………… 47 Figure 2.17 Fenêtre " Choix des matériaux pour le mélange "………………………. 48 Figure 2.18 Fenêtre " données de calculs "……………………………………………. 50 Figure 2.19 Fenêtre « résultats »……………………………………………………….. 52 Figure 3.1 Plan de situation du gisement de Djebel uploads/Geographie/etude-de-l-incidence-de-la-granularite.pdf