La granulométrie

Claude PRECHEUR

Les Granulats

Définition

On appelle granulats les matériaux d’origine minérale, gravillons, sables, sablons et fillers qui entrent dans la composition des bétons.
Ils sont spécifiés dans la norme XP P 18-545 Granulats.

La norme prohibe les impuretés telles que le charbon, les scories, le mâchefer, les déchets de bois, brindilles, feuilles mortes, débris végétaux, les débris de plastique, algues, dont le pourcentage doit être inférieur à 0,1 %. De même les granulats ne doivent pas contenir d’hydrocarbures, d’huiles végétales ou de matières organiques. Pour la propreté des gravillons, il convient d’éviter surtout la présence de la gangue argileuse ou des poussières qui risquent de compromettre l’adhérence du mortier sur les graviers et par voie de conséquence de diminuer la résistance. L’essai de propreté consiste donc à déterminer le pourcentage d’éléments < 0,5 mm, conformément à la norme P 18-591, que ces éléments soient simplement mélangés ou adhérents à la surface des grains.

Le module de finesse est plus particulièrement appliqué aux sables dont il est une
caractéristique importante ; par exemple, le sable dont la courbe est tracée sur la
figure a pour module de finesse Mf = 2,66 calculé ainsi.

La courbe correspondant à un sable normal, est représentée sur le graphique ci-après sur lequel ont été également portées les courbes de sables très fins et grossiers ainsi que celles de graviers.
La forme des courbes granulométriques apporte les renseignements suivants :

  • les limites d et 0 du granulat en question ;
  • la plus ou moins grande proportion d’éléments fins ; par exemple la courbe située au-dessus de celle du sable normal correspond à un sable à majorité de grains fins et c’est l’inverse pour celle située en dessous. En effet, ces trois sables sont des sables O15 mm mais les proportions de grains fins ( 0,5 mm par exemple) sont pour chacun d’eux : 25 %,45 % et 60 %.
  • la continuité ou la discontinuité de la granularité ; par exemple, les courbes de sables sont continues mais la courbe du gravier 5/31,5 présente une discontinuité ; en effet le palier s’étendant de 10 à 20 mm signifie que le granulat en question ne contient pas de grains compris entre 10 et 20 mm.

Influence du rapport massique G/S (dans la formulation des bétons courants)
(G = % de gravillons > 4 mm et S = % de sable passant à 4 mm).
Le G/S influe sur :
Compacité : légèrement plus élevée pour G/S supérieur à 1,2.
Résistance à la compression : meilleure pour G/S supérieur à 1,2.
Ouvrabilité : un peu moins bonne pour G/S supérieur à 1,2

Dans une formule de composition de béton pour un mètre cube, il est plus logique d’indiquer les quantités de composants d’après leur masse en kilogrammes (plutôt que des poids), car il faut la même masse pour faire un mètre cube de béton quel que soit le lieu et l’accélération qui s’y produit (sur la lune ou sur la terre par exemple) alors que pour ce même mètre cube le poids de composants dépend par contre de l’accélération de la pesanteur.
La densité absolue est le rapport de la masse spécifique à la masse d’un égal volume d’eau à + 4°C soit 1 000 kg ; la densité absolue est donc égale au millième de la masse spécifique, c’est un simple rapport sans dimension.
La densité apparente est à la masse volumique ce que la densité absolue est à la masse spécifique, c’est donc un rapport sans dimension dont la valeur est égale au millième de la masse volumique.
Exemple : une caisse de volume total V = 1m3 est pleine de graviers dont la masse nette est de 1520 kg, les grains constituants occupent un volume réel Va = 0,600 m3 (volume de matière pleine). Le volume des vides entre les grains est : v =V - Va =0,400 m3. La masse volumique de ce granulat est 1 520 kg/m3. Sa masse spécifique est de 1520 : 0,600 = 2550 kg/m3 .



TRACÉ DE LA COURBE GRANULAIRE DE RÉFÉRENCE : Sur un graphique d’analyse granulométrique type AFNOR (linéaire en module et logarithmique en dimension des granulats), on trace une composition granulaire de référence 0 A B : le point B (à l’ordonnée 100 %) correspond à la dimension D du plus gros granulat et le point de brisure A à des coordonnées ainsi définies.
- en abscisse (à partir de la dimension D tamis). Si D < = 20 mm, l’abscisse est D/2. Si D > 20 mm, l’abscisse est située au milieu du « segment gravier » limité par le module 38 (5 mm) et le module correspondant à D.
- en ordonnée : Y = 50 - D + K
K est un terme correcteur qui dépend du dosage en ciment, de l’efficacité du serrage de la forme des granulats roulés ou concassés (c’est surtout le sable dont l’influence est ici prépondérante) et également du module de finesse du sable.
K = 0 pour un béton courant dosé en ciment à 350 kg/m3 composé de granulats roulés, le module de finesse du Sable étant de 2,5 et le serrage étant effectué avec une vibration normale.
Sa densité apparente est : 1,52. Sa densité absolue est : 2.55.
Autres Granulats
Légers : Argile expansée, pouzzolane, billes de verre.
Lourds : Barytes, hématites, laitiers.
Matériaux de recyclage : Granulats à base de matériaux recyclés (bétons, briques, …).
Leur potentiel est important aux abords des grandes villes. Cependant, l’offre possible de granulats recyclés ne pourra jamais satisfaire tous les besoins des marchés.
Autres Constituants non minéraux : polystyrène, copeaux de bois..