Leçon 1 — Les granulats : nature, classification et essais
Objectifs : connaître l’origine et les familles de granulats, les désigner par leur classe granulaire d/D, réaliser et interpréter les principaux essais d’identification et juger de l’aptitude d’un granulat à entrer dans un béton.
1. Définition et rôle des granulats
Les granulats sont des grains minéraux (sables, gravillons, graves) de dimensions comprises entre 0 et 125 mm environ, destinés à la confection des bétons, des mortiers, des couches de chaussées et des remblais. Ils représentent 70 à 80 % du volume d’un béton : ils forment son squelette, limitent le retrait, réduisent le coût et conditionnent la résistance, la maniabilité et la durabilité. Un mauvais granulat (sale, friable, mal gradué) donne un mauvais béton, quel que soit le dosage en ciment.
2. Nature et origine
2.1 Selon l’origine
- Granulats naturels roulés : extraits des lits de rivières et des terrasses alluviales (sable et gravier du fleuve Niger), ou des dunes (sable éolien). Grains arrondis, bonne maniabilité du béton, mais surface lisse (adhérence moindre).
- Granulats naturels concassés : obtenus par concassage de roches massives en carrière (granite, grès, quartzite, basalte). Grains anguleux, bonne adhérence à la pâte, béton plus résistant mais demandant un peu plus d’eau.
- Granulats artificiels ou recyclés : laitier de haut fourneau, argile expansée (granulats légers), bétons de démolition concassés.
2.2 Selon la nature minéralogique
Siliceux (quartz, granite), calcaires, silico-calcaires, latéritiques (gravillons ferrugineux). La nature influe sur la dureté, l’adhérence et la réactivité chimique (risque d’alcali-réaction avec certaines silices).
2.3 Contexte nigérien
Le sable du fleuve est généralement propre et bien adapté au béton. Le sable de dune, très fin et uniforme (module de finesse souvent inférieur à 1,5), donne des bétons gourmands en eau et en ciment : on l’emploie plutôt en mélange ou pour les mortiers. Le gravier roulé et le concassé de granite sont les gravillons courants ; les gravillons latéritiques, plus poreux, sont réservés aux ouvrages peu sollicités après essais.
3. Classification granulaire
Un granulat est désigné par sa classe granulaire d/D, d et D étant les dimensions inférieure et supérieure des tamis qui l’encadrent (par exemple 0/4, 4/8, 8/16, 5/25). Désignations usuelles (NF EN 12620 et usage courant) :
| Famille | Classe | Exemple d’emploi |
|---|---|---|
| Fillers (fines) | 0/D avec D ≤ 0,063 mm (0,08 mm en ancienne norme) | Correcteur de fines, enrobés |
| Sables | 0/D avec D ≤ 4 mm (0/5 en usage traditionnel) | Mortiers, bétons |
| Gravillons | d/D avec d ≥ 2 mm et D ≤ 45 mm (5/15, 15/25…) | Bétons |
| Graves | 0/D avec D > 4 à 6,3 mm (0/31,5) | Couches de chaussées |
| Ballasts, enrochements | D > 31,5 mm | Voies ferrées, protections de berges |
4. Essais d’identification des granulats
4.1 Analyse granulométrique (NF EN 933-1)
On tamise un échantillon sec sur une série de tamis à mailles carrées ; on calcule les refus cumulés et les passants, et on trace la courbe granulométrique (diamètre en échelle logarithmique). Pour un sable, on calcule le module de finesse :
MF = (somme des refus cumulés en % sur les tamis 0,16 – 0,315 – 0,63 – 1,25 – 2,5 – 5 mm) / 100
Un sable à béton a un MF compris entre 2,2 et 2,8 (optimum vers 2,5) ; MF < 1,8 : sable trop fin (demande en eau élevée, retrait) ; MF > 3,2 : sable trop grossier (béton peu maniable, ressuage).
4.2 Équivalent de sable (NF EN 933-8)
Mesure la propreté d’un sable (proportion d’éléments argileux). Après agitation dans une solution lavante et sédimentation, on lit la hauteur totale h1 (sable + floculat) et la hauteur du sable seul h2 : ES = 100 × h2/h1. ES ≥ 80 : sable très propre ; 70 à 80 : sable propre convenant au béton courant ; ES < 65 : sable argileux à laver ou à rejeter pour un béton de qualité.
4.3 Résistance mécanique
- Los Angeles (NF EN 1097-2) : résistance à la fragmentation par chocs. 5000 g de gravillons sont tournés avec des boulets d’acier ; LA = 100 × m/5000, m étant la masse des éléments passant au tamis de 1,6 mm. LA < 30 : bon granulat ; LA < 40 exigé couramment pour les bétons ; plus bas pour les couches de roulement.
- Micro-Deval (MDE) : résistance à l’usure par frottement, en présence d’eau.
4.4 Masses volumiques et absorption (NF EN 1097-3 et 1097-6)
- Masse volumique apparente (en vrac) : masse d’un récipient de volume connu rempli sans tassement ; 1,4 à 1,7 t/m3 pour les sables et graviers.
- Masse volumique réelle (absolue) : masse rapportée au volume des grains seuls ; 2,5 à 2,7 t/m3 pour les granulats siliceux courants.
- Porosité intergranulaire (vides) = 1 − ρapp/ρabs.
- Coefficient d’absorption Ab = 100 × (Msss − Ms)/Ms (Msss : masse saturée surface sèche). Il sert à corriger l’eau de gâchage.
4.5 Autres essais
Coefficient d’aplatissement (grains plats défavorables), teneur en eau (le sable humide foisonne : son volume apparent augmente de 20 à 30 % pour 4 à 6 % d’eau, d’où l’intérêt de doser en masse et non à la brouette), teneur en matières organiques et en sulfates.
Exemple résolu
Données : sable du fleuve prélevé à Niamey. Refus cumulés (%) : 5 mm : 2 ; 2,5 mm : 8 ; 1,25 mm : 20 ; 0,63 mm : 45 ; 0,315 mm : 75 ; 0,16 mm : 93. Essai d’équivalent de sable : h1 = 12,5 cm, h2 = 10,2 cm.
1) Module de finesse : MF = (2 + 8 + 20 + 45 + 75 + 93)/100 = 243/100 = 2,43.
2) Équivalent de sable : ES = 100 × 10,2/12,5 = 81,6.
3) Conclusion : MF compris entre 2,2 et 2,8 et ES > 80 : sable propre et bien adapté à la confection de bétons.
Exercice 1 — Sable de dune
Un sable de dune de la région de Tillabéri donne les refus cumulés (%) : 5 mm : 0 ; 2,5 mm : 0 ; 1,25 mm : 1 ; 0,63 mm : 6 ; 0,315 mm : 40 ; 0,16 mm : 88. Calculer son module de finesse et conclure sur son emploi en béton.
Voir le corrigé
MF = (0 + 0 + 1 + 6 + 40 + 88)/100 = 1,35.
MF < 1,8 : sable trop fin. Seul, il conduirait à un béton gourmand en eau et en ciment, sujet au retrait. On peut l’utiliser en correcteur d’un sable grossier (mélange de deux sables pour viser MF ≈ 2,5) ou pour les mortiers d’enduit.
Exercice 2 — Essai Los Angeles
Un gravillon concassé 10/14 est soumis à l’essai Los Angeles. Sur 5000 g, il reste 3850 g sur le tamis de 1,6 mm après essai. Calculer le coefficient LA et conclure pour un béton de bâtiment.
Voir le corrigé
Masse passant à 1,6 mm : m = 5000 − 3850 = 1150 g.
LA = 100 × 1150/5000 = 23. LA < 30 : granulat dur, convenant parfaitement aux bétons de bâtiment (exigence courante LA ≤ 40).
Exercice 3 — Masses volumiques et absorption
Un seau de 10 L rempli de gravier sec sans tassement pèse 15,0 kg net. La masse volumique réelle des grains est 2,65 t/m3. Un échantillon sec de 1500 g pèse 1523 g à l’état saturé surface sèche. Calculer la masse volumique apparente, le pourcentage de vides et le coefficient d’absorption.
Voir le corrigé
ρapp = 15,0 kg/10 L = 1,50 kg/L = 1,50 t/m3.
Vides = 1 − 1,50/2,65 = 0,434, soit 43,4 % : ces vides devront être remplis par le sable et la pâte de ciment.
Ab = 100 × (1523 − 1500)/1500 = 1,5 % : le gravier absorbera 1,5 % de sa masse sèche en eau ; il faut en tenir compte dans l’eau de gâchage s’il est sec.
À retenir
- Les granulats forment 70 à 80 % du volume du béton : leur qualité conditionne celle du béton.
- Roulés (fleuve, dune) ou concassés (carrière) ; désignation par la classe d/D.
- Module de finesse d’un sable à béton : 2,2 à 2,8 ; le sable de dune (MF ≈ 1,3 à 1,5) est trop fin seul.
- Propreté : ES = 100·h2/h1 ≥ 70 à 80 ; dureté : LA = 100·m/5000, LA < 30 à 40.
- Doser les granulats en masse : le sable humide foisonne de 20 à 30 %.
Quiz du chapitre 1
Validez ce chapitre en obtenant au moins 80 % à un quiz de 20 questions.
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