Memoire Online - Valorisation des déchets d'usinage de la compagnie sucrière de Kwilu Ngongo. Contribution à l'étude des caractéristiques physiques et mécaniques des bétons renforcés de fibres métalliques

Département Recherche et Développement Laboratoire National des Travaux Publics

Valorisation des déchets d'usinage de l'Atelier

Mécanique de la Compagnie Sucrière de

Kwilu-Ngongo :

Contribution à l'étude des caractéristiques physiques et

mécaniques des bétons renforcés de fibres métalliques

(Formulation, optimisation et caractérisation)

MEMOIRE POUR L'OBTENTION DU
MASTER EN INGENIERIE DE L'EAU ET DE
L'ENVIRONNEMENT
OPTION : GENIE CIVIL ET INFRASTRUCTURES

Unité Thématique d'Enseignement et de Recherche (UTER): Infrastructures et Sciences des Matériaux (ISM)

Valorisation des déchets d'usinage de l'Atelier Mécanique de la Compagnie Sucrière de Kwilu-Ngongo :
contribution à l'étude des caractéristiques physiques et mécaniques des bétons renforcés de fibres

Mise en garde/Advice

Afin de rendre accessible au plus grand nombre le résultat des travaux de recherche menés par ses étudiants et dans l'esprit des règles qui régissent le dépôt et la diffusion des mémoires et thèses produits dans cette Institution, l'Institut International d'Ingénierie de l'Eau et de l'Environnement (2iE) est fière de rendre accessible une version complète et gratuite de cette oeuvre.

Motivated by a desire to make the results of its students' research accessible to all, and in accordance with the rules governing the acceptation and diffusion of dissertations and theses in this Institution, the

International Institut for Water and Environmental Engineering (2iE) is proud to make a complete version of this work available at no cost to the reader.

L'auteur conserve néanmoins la propriété du droit d'auteur qui protège ce mémoire ou cette thèse.

Ni le mémoire ou la thèse ni des extraits substantiels de ceux-ci ne peuvent être imprimés ou autrement reproduits sans son autorisation.

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Citations

"Tout le monde est un génie. Mais si vous jugez un poisson sur ses capacités à grimper à un arbre, il passera sa vie à croire qu'il est stupide."

« Il s'agit du plus vieux métier du monde, puisque l'on a construit la route avant de faire le trottoir »

Nickson UMBA NZUZI Master d'Ingénierie Génie Civil et Infrastructures 2012 I

DEDICACE

A ma chère épouse Solange et à nos trois enfants que j'ai trop souvent « abandonnés », Audry, Graciela et Christian, mes rayons de soleil, pour que vous fassiez mieux. A toi Solange, ma chère épouse, spéciale dédicace. Tu as su me soutenir, m'écouter et me faire me dépasser durant toutes ces belles années ensemble. Merci d'être toi avec ton attention, ta gentillesse, ta joie de vivre, ta patience et ta tendresse.

A feu mon père, maçon de son état, tu aurais été très fier de voir ton fils Master Ingénieur du Génie Civil et Infrastructures.

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REMERCIEMENTS

Je n'écrirai qu'un seul mémoire de Master 2 en Génie Civil et Infrastructures, mes remerciements vont de prime abord à mes trois enfants : Audry, Graciela et Christian, et surtout à ma chère épouse Solange. Je ne la remercierai jamais assez pour l'acceptation de ces moments difficiles. Il a fallu concilier obligations familiales, professionnelles et études. Vous m'avez tous été d'un très grand soutien dans les moments de doutes (ils ont existé) et vous m'avez accompagné pendant ces deux années de sacrifices.

Un proverbe Kongo dit qu'à vouloir citer ses amis, on court le risque d'allonger la liste de ses ennemis. J'ai le même sentiment de gratitude et de reconnaissance pour tous ceux qui ont contribué à la réalisation de ces travaux, cités ou non.

Mes plus sincères remerciements vont à monsieur Messan Adamah, Ph.D Mécanique des Matériaux et des Milieux Complexes et Professeur à l'Institut International d'Ingénierie de l'Eau et de l'Environnement (2iE) pour la direction de ces travaux. Ses orientations, ses suggestions et ses remarques nous ont été d'un grand concours pour le cheminement et la réalisation de ces travaux.

Ces travaux ont été menés parallèlement à mon activité professionnelle, ils n'auraient abouti sans le soutien de la Compagnie Sucrière où j'occupe le poste de Chef de Service Etudes et Réalisations Génie Civil. La Compagnie Sucrière de Kwilu Ngongo a assuré le transport des granulats au Laboratoire National de Kinshasa. Je remercie ainsi monsieur Bruno Vergauwen, Chef des Services Généraux, pour son soutien et ses encouragements. Je dois avouer ici que sans son soutien, il ne m'aurait pas été possible de mener ces travaux et d'effectuer tous les voyages d'études au pays et à l'étranger. Je lui en serai toujours reconnaissant.

Je remercie monsieur Wambela Matondo, Architecte et Chef de Division Constructions, monsieur Tony Luzala, Ingénieur géomètre topographe, monsieur Puaty, Ingénieur Civil et Chef de Division Bureau d'Etudes et Réalisations/Equipements Mécaniques et tout le personnel de la Division Constructions.

Les essais ont été effectués au Laboratoire National des Travaux Publics de Kinshasa. Mes remerciements vont à monsieur Kitoko di Sola, Enseignant-Chercheur à l'INBTP et Directeur du Laboratoire National pour les facilités administratives. Je remercie monsieur Samuel Ndengani , Directeur Adjoint chargé des Recherches Physico-Chimiques au LNTP pour son soutien et son attention particulière à cette recherche, Papa Augustin Kinkela, Chef de Service Essais Physiques, Ingénieur Paty Kibambe, pensée pieuse à Jean Luse, décédé inopinément pendant la campagne des essais, Santos Landu et Biala, techniciens de laboratoire, pour tous les moments passionnants passés au laboratoire pour effectuer toute la campagne des essais, 150 éprouvettes ont été réalisées pour cette étude.

Mes remerciements vont aux membres du jury qui me font honneur d'évaluer ces travaux et à tous les enseignants de l'Institut International d'Ingénierie de l'Eau et de l'Environnement pour la rigueur et la qualité de la formation. C'est une très grande fierté pour nous d'avoir étudié à 2iE, école d'ingénieur de portée internationale. Que cette rigueur soit préservée pour les futures générations.

Je ne pourrai oublier mes relecteurs pour leurs remarques qui m'ont permis d'éviter les incorrections d'orthographe et de grammaire. Je cite, M.M Albert Vadia et Jean Kuva respectivement Coordonnateur des écoles et enseignant de français au Lycée Compagnie Sucrière.

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RESUME

Ce travail a porté sur l'étude des caractéristiques physiques et mécaniques des bétons renforcés des fibres métalliques issues des déchets locaux d'usinage. Avec deux types de concassé locaux (Cilu et Yolo), deux types de béton témoin ont été formulés et optimisés par la méthode de Dreux Gorisse, le B2C (Béton avec Concassé Cilu) et le BCY (Béton avec Concassé Yolo). Le ciment provenant de la Cimenterie de Lukala et le sable de la rivière Ngongo ont été utilisés pour la composition de deux types de béton.

Cinq teneurs de fibres en volume ont été retenues 0,2%, 0,4%, 0,6%, 0,8% et 1%. Partant des bétons témoins optimisés (B2C et BCY), en gardant les rapports E/C constant, (E/C=0,51 pour le BCY et E/C=0,52 pour le B2C), et en variant le rapport S/G, nous avons optimisé le béton de fibres par des essais de maniabilité. Deux rapports S/G=0,81 et S/G=0,63 ont été retenus respectivement pour le B2C et le BCY.

Les résultats obtenus ont montré que les fibres ont sensiblement amélioré la résistance à la traction. Les gains de résistance à la traction sont de 48% pour 0,2% d'ajout de fibres et de 17% pour 0,4% d'ajout de fibres respectivement pour le béton Cilu et le béton Yolo.

Les résultats des essais de compression révèlent un gain faible de résistance, 1% pour le BCY2 et 2% pour le B2C4. La résistance à la compression diminue avec l'augmentation du taux de fibre. La baisse de résistance peut s'expliquer par le fait que les fibres introduisent des cavités aux forts pourcentages à cause de la forme en spirale des fibres de copeaux.

Les teneurs en fibres les plus avantageuses pour la résistance en traction sont de 0,2% pour le béton Cilu et 0,4% pour le béton Yolo donnant respectivement de gains de résistance de 48% et de 17%, les résistances à la compression sont voisines de la résistance des bétons témoins.

Mots clés : Valorisation, béton, fibres métalliques, copeaux, Résistance à la traction, résistance à la compression.

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ABSTRACT

This work concerned the review of physical and mechanical characteristics of the renforced concretes of metal fibers resulting from the local waste of machining. With two local crushed stone (Cilu and Yolo), two types of evidence concrete were formulated and optimized by the method of Dreux Gorisse, the B2C (Concrete with crushed stone of Cilu) and the BCY ( Concrete with crushed stone of Yolo). The cement coming from Cement factory of Lukala and the sand coming from the river Ngongo were used for the composition of two types of concrete.

Five fibers contents in volume were retained 0,2%, 0,4%, 0,6%, 0,8% and 1%. On basis of the optimized evidence concretes (B2C and BCY), by keeping constant reports E/C (E/C=0,51 for the BCY and E/C=0,52 for the B2C), and varying the report S/G, we optimized fibers of concrete by the tests handiness. Two reports S/G=0,81 and S/G= 0,63 were retained respectively for the B2C and the BCY.

The results obtained, were showing that the fibers have significantly improved the tensile strength. The profits of tensile strength are 48% for 0,2% of fibers and 17% for 0,4% of fibers respectively for the Cilu concrete and the Yolo concrete.

The results from the compression revealing less profits of resistance, 1% for the BCY2 and 2% for the B2C4. The compressive strength reduces with the rate increasing of fibers. The fall of resistance can be explained by the fact why the fibers introduce cavities to the strong percentages because the form in spiral of fibers from the cutting of metal.

The fibers contents the most advantageous for the tensile strength are 0,2% for the Cilu concrete and 0,4% for the Yolo concrete respectively giving profits from the resistance of 48% and 17%, the resistance to the compression are close to the resistance of evidence concretes.

Key words: Valorization, concrete, metallic fibers, cutting of metal, tensile strength, compressive strength,

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LISTE DES ABREVIATIONS ET NOTATIONS

LCPC : Laboratoire Central des Ponts et Chaussées LNTP : Laboratoire National des Travaux Publics

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SOMMAIRE

CHAP 1. INTRODUCTION		.1
CHAP 2. OBJECTIF DU TRAVAIL		4
CHAP 3. MATERIELS ET METHODES		5
3.1. Introduction		.5
3.2. Provenance des matériaux utilisés		5
3.3. Caractéristiques des matériaux utilisés		.8
3.3.1. Granulats		.8
3.3.1.1 Introduction		8
3.3.1.2 Echantillonnage			..8
3.3.1.3 Caractéristiques géométriques			.9
a) Granulométrie et module de finesse			9
b) Coefficient granulaire			.14
c) Coefficient d'Aplatissement			14
3.3.1.4. Caractéristiques physico-chimiques			..15
a) Poids spécifique et densité apparente			.15
b) Coefficient d'absorption et porosité			15
c) Propreté superficielle			..16
d) Matière organique			..16
e) Bleu de méthylène			..16
f) Equivalent sable			..16
3.3.1.5. Caractéristiques mécaniques			..16
a) Coefficient Los Angeles	16
b) Coefficient Micro Deval	17
3.3.2. Ciment	17
3.3.3. Fibres métalliques	.17
3.3.4. Eau de gâchage	....17
3.4. Formulation et optimisation du béton				17
3.4.1. Introduction				.17
3.4.2. Formulation par la méthode de Dreux Gorisse				18
3.4.3. Essais d'études et corrections				28
3.4.4. Optimisation du béton de fibres				.33
3.5. Programme expérimental				.34

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 6 : Densité apparente et poids spécifique sable 0/5, concassé 5/20 et 0/40

LISTE DES FIGURES

Figure 8: Variation de l'affaissement du béton Cilu en fonction du pourcentage des fibres

Figure 11: Variation de la masse volumique du béton Cilu à l'état frais en fonction du pourcentage des

Figure 12 : Variation de la masse volumique du béton Yolo à l'état frais en fonction du pourcentage

Figure 13: Influence du type de concassé sur la masse volumique à l'état frais

Figure 14: Variation de la masse volumique du béton Cilu à l'état durci en fonction du pourcentage des

Figure 15: Variation de la masse volumique du béton Yolo à l'état durci en fonction du pourcentage

Figure 16 : Influence du type de concassé sur la masse volumique du béton durci

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LISTE DES PHOTOS

Photo 2 : Concassé Yolo 0/40 Photo 3 : Concassé Cilu 5/20 Photo 4: Ciment CILU

Photo 5 : Décharge copeaux Photo 6: fibres métalliques Photo 7 : Laboratoire National des Travaux Publics de Kinshasa Photo 8 : Préparation des granulats pour l'essai Micro Deval

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CHAPITRE 1. INTRODUCTION

Suite aux exigences contemporaines plus sévères en matière de performances mécaniques, de durabilité, d'ouvrabilité et d'environnement, nous assistons à une émergence des bétons spéciaux comme notamment les BAP, BHP, BUHP, BRFM... Dans ce cadre, nous étudions la possibilité et l'opportunité de réutiliser et de valoriser les déchets d'usinage dans une matrice cimentaire par une formulation, une caractérisation et une optimisation d'un béton renforcé de fibres métalliques dans une vision de développement durable pour une préservation de l'environnement.

Le béton est un matériau composite (ciment, granulat, eau) qui présente une bonne résistance à la compression mais une faible résistance à la traction qui se manifeste par une fissuration et une rupture brutale. Il est un matériau fragile et vulnérable sous l'effet des efforts de traction.

Par une incorporation judicieuse des armatures continues en acier dans la matrice de béton, le phénomène de rupture est évité, les efforts de traction étant repris par l'armature et la macrofissuration dans la zone tendue peut être maitrisée. Le matériau ainsi obtenu est le béton armé.

Malgré l'incorporation des armatures continues dans la zone tendue, des micro fissures apparaissent sous l'effet du retrait et du fluage, préjudiciable à la durabilité du béton. Au site agro industriel de Kwilu Ngongo, nous avons relevé 270 m³ de gravats de démolition en moyenne par an montrant l'importance du problème. Pendant la campagne de production de sucre, beaucoup d'assises des machines se fissurent et par conséquent devant être démolies et bétonnées de nouveau.

Pour pallier cet inconvénient, en complément d'armatures continues, le renforcement de la matrice de béton par des fibres métalliques discontinues et une optimisation de la matrice cimentaire devient nécessaire en recherchant un compromis entre l'ouvrabilité du béton et la résistance à la traction, pour permettre une mise en oeuvre sans difficulté.

L'incorporation des fibres métalliques dans la matrice de béton, par la couture des fissures, améliore la résistance à la traction et évite la rupture brusque du composite ainsi obtenu. Il présente une meilleure résistance aux chocs et à l'usure. Sous les efforts de traction, le béton renforcé des fibres métalliques devient un matériau ductile au lieu d'être fragile car la couture de fibres contrôle le mécanisme de fissuration.

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Le béton renforcé des fibres métalliques trouve actuellement des applications diverses notamment pour les dallages industriels, dallages des parkings, les pistes, les pieux, les silos, les pièces préfabriquées comme les poutrelles, les canalisations et les voussoirs. Enfin les réfections des talus de protection des berges, des galeries et des tunnels, en béton projeté, sont aussi en béton des fibres.

Afin de promouvoir ce type de matériaux, plusieurs chercheurs ont réalisé des travaux de caractérisation pour étudier les performances des BRFM. Nous citons P. Rossi, Casanova, Greiffith, A. Davidov, Porter..

Dans cette étude expérimentale, les fibres proviennent des déchets d'usinage (copeaux) de l'Atelier Mécanique de la Compagnie Sucrière de Kwilu Ngongo en République Démocratique du Congo. Ces déchets s'accumulent et constituent une source potentielle de problèmes environnementaux et économiques majeurs. Les relevés de pesage renseignent une production de 1500 kg par mois des déchets d'usinage, quantité suffisante pour les applications locales de dallages industriels et des assises des machines dans notre site agro industriel de Kwilu-Ngongo. Suite aux exigences de préservation de l'environnement, la réutilisation et la valorisation des déchets d'usinage est une bonne opportunité pour la compagnie sucrière de Kwilu-Ngongo.

Le premier chapitre est consacré à l'introduction où nous exposons les généralités, le bénéfice, l'avancée des recherches et les applications des bétons renforcés des fibres métalliques.

Le troisième chapitre est consacré à l'identification des matériaux et aux méthodes utilisées. Nous présentons l'origine et les caractéristiques des composants des bétons, la formulation avec la méthode de Dreux Gorisse de deux bétons témoins, ceux faits avec le concassé de la carrière Yolo (BCY) et ceux faits avec les concassés de la Carrière Cilu (B2C) et le programme expérimental a été exposé. Cinq teneurs en volume de fibres incorporées dans la matrice en béton ont été retenues (0,2%, 0,4%, 0,6% , 0,8% et 1%).

Dans le quatrième chapitre, nous présentons les résultats et nous nous consacrons à leur analyse. Les essais sur le béton frais nous ont renseigné sur l'ouvrabilité et la masse volumique et ceux sur le béton durci nous ont indiqué la résistance à la traction, à la compression et la masse volumique aux âges de 7j et 28 j. Tous les essais ont été effectués au Laboratoire National des Travaux Publics de Kinshasa.

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Enfin, nous terminons par une conclusion avec quelques perspectives. Partant de l'analyse des essais, nous mettons en évidence la composition optimum du béton et le pourcentage donnant un meilleur compromis entre l'ouvrabilité et la résistance à la traction. Nous montrons aussi l'influence de l'ajout des fibres sur la résistance à la compression et à la traction.

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CHAPITRE 2. OBJECTIF DU TRAVAIL

L'objectif global de notre étude expérimentale porte sur l'influence de l'incorporation des copeaux issus des déchets industriels dans la matrice de béton sur sa résistance en traction et en compression par une formulation, une caractérisation et une optimisation de sa composition.

- Formulation par la méthode Dreux Gorisse des bétons témoins B2C et BCY - Correction de la formule théorique par des essais d'étude

- Détermination de la variation de la résistance à la traction et à la compression aux différents âges des bétons témoins et des bétons renforcés de fibres aux différents pourcentages en volume

- Détermination du pourcentage de fibres qui donne le meilleur compromis entre une bonne ouvrabilité et une meilleure résistance à la traction

CHAPITRE 3. MATERIELS ET METHODES

3.1 Introduction

Les granulats constituant le squelette du béton, leurs caractéristiques conditionnent celles du béton pour les performances attendues sur le plan de la résistance, de l'ouvrabilité et de la durabilité.

Le choix des matériaux est donc déterminant pour la composition et les caractéristiques du béton. Le présent chapitre s'intéresse à la présentation, à l'identification et à la caractérisation des matériaux fournis par la structure d'accueil pour la confection des différents mélanges des bétons étudiés. Les essais ont permis d'apprécier la qualité des matériaux au regard des spécifications actuelles pour leur utilisation dans les bétons.

Nous avons procédé à la formulation des bétons témoins par la méthode de DREUX GORISSE qui est une méthode simple et pratique.

Nous avons ensuite présenté le programme expérimental comprenant deux lots de béton, ceux confectionnés avec le concassé provenant de la CILU et ceux provenant des carrières YOLO. Pour chaque lot, nous avons le béton témoin issu de la formulation et les bétons renforcés de 0,2%, 0,4%, 0,6%, 0,8% et 1% des fibres. Les essais d'identification ont été exécutés au Laboratoire National des Travaux Publics (LNTP) de Kinshasa.

3.2. Provenance des matériaux utilisés

a) Sable

Le sable provient des matériaux alluvionnaires silico calcaires drainés par la rivière Ngongo à travers le bassin du site agro industriel. Les prélèvements sont effectués dans des gites sédimentaires le long de la rivière Ngongo. Le principal site d'extraction du sable, illustré sur la photo 1, est situé au Poste 09 à 8 km des installations industrielles. Il est accessible par une route en terre bien entretenue par la Compagnie Sucrière.

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b) Eau de gâchage

L'eau de gâchage provient du réseau de distribution d'eau potable de la Compagnie Sucrière. L'eau provient du puits naturel de Maza ma Mbote. Une adduction de 3 km ramène l'eau au site agro industriel.

C) Concassé

Les gisements de calcaire de Lukala appartiennent aux formations géologiques de la province du Bas-Congo. Les études géologiques ont été réalisées par plusieurs géologues notamment RESHUEL-LORSHE(1892), DECHAYE et ALL (1909) etc.

Les gisements de calcaire de Lukala sont compris dans le Shisto-Calcaire âgé de 566 millions d'années avec une puissance totale de l'ordre de 1000 m et font partie des formations du super groupe Ouest Congolien. (Source CRGM)

Le gravier provient des carrières de la Cimenterie de Lukala (photo 3) et des Carrières Yolo (photo 2), les deux carrières sont situées dans la cité de Lukala à 50 km de Kwilu Ngongo. Les carrières CILU et YOLO sont situées respectivement à 1 kilomètre et deux kilomètres de la Route Nationale n?1.

La carrière Yolo exploite artisanalement une roche calcaire en affleurement. Les différents calibres sont obtenus par concassage manuelle et tamisage. Les réserves ne sont pas quantifiées.

La carrière Cilu exploite industriellement la même roche calcaire. Les réserves possibles dans les différentes phases probables pour la carrière 45 actuelle et la carrière de MALANGA sont évaluées à 84.444.100 tonnes de calcaire. Aux prévisions actuelles de 1.900.000 tonnes par an, les deux carrières peuvent encore être exploitées pendant plus de quarante ans. (Source CILU)

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d) Ciment

Le ciment provient aussi de la Cimenterie de Lukala. Actuellement, la Cimenterie de Lukala est le premier producteur de ciment en RDC. Elle produit près de 400.000 tonnes de ciment par an qui est sa capacité installée. Le ciment est conditionné dans des sacs de 50Kg. (photo 4)

La fabrication du ciment à la Cimenterie de Lukala se fait par voie sèche utilisant le fuel-oil lourd comme combustible qui est l'un des intrants principaux importés dont le taux d'intégration dans le prix de revient du ciment avoisine 45%. Il va sans dire que le prix du ciment suit linéairement le cours du prix du baril de pétrole. La tonne de ciment revient à 250 dollars américains à la sortie de l'Usine. (Source : CILU)

e) Fibres métalliques

Les fibres proviennent des déchets d'usinage de l'Atelier Mécanique de la Compagnie Sucrière de Kwilu Ngongo dans la province du Bas-Congo. La Compagnie Sucrière est située à 200 km au sud ouest de Kinshasa et est accessible par la voie ferrée et la route nationale numéro 1. Les relevés ont renseigné une production de 1500 kg par mois des déchets de fibres métalliques suffisantes pour notre application locale. Les phots 5 et 6 montrent les fibres.

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3.3. Caractéristiques des matériaux utilisés

3.3.1. Granulat

La République Démocratique du Congo n'ayant pas ses propres normes de spécifications des granulats, les normes françaises sont utilisées. Les granulats doivent être conformes aux spécifications précisées dans la norme XP P 18-545 de février 2004 définissant les principales caractéristiques des granulats pour bétons hydrauliques et mortiers par des codes A, B, C ou D . Cette norme définit à l'aide de cette codification, les valeurs des spécifications adaptées aux différents types d'ouvrages.

Pour les bétons courants, les granulats de code C et ceux dont deux caractéristiques au plus sont de code D conviennent.

Pour les bétons de structures de génie civil ou de bâtiments de classe de résistance supérieure à C 35/45, les granulats de code A conviennent. Certaines caractéristiques peuvent être de code B. Les granulats de code B conviennent pour bétons soumis à des classes d'exposition particulières si l'absorption est de catégorie A.

Le béton à mettre en oeuvre dans le cadre de notre étude est un béton courant, les spécifications pour la catégorie C conviennent.

Les prélèvements des échantillons des granulats sur stock et pour essai ont été effectués suivant les normes NF P18-553. Les granulats étant mis en stock sur tas, les gros grains ont tendance à rouler en bas du tas et les grains de faibles diamètres restent en haut du tas.

Les matériaux ont été donc prélevés en haut, au milieu, en bas et à l'intérieur du tas suivant les génératrices indiquées sur la figure 1 ci dessous afin d'obtenir un échantillon représentatif du stock.

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L'analyse granulométrique permet de déterminer l'échelonnement des dimensions des grains contenus dans le granulat. L'essai consiste à tamiser le granulat sec sur une série de tamis à mailles carrées de dimensions d'ouverture décroissantes et à peser le refus sur chaque tamis.

La courbe granulométrique exprime le pourcentage cumulé des passants des grains dans les tamis successifs.

Nous avons effectué l'analyse granulométrique par la méthode de tamisage à sec suivant la norme française NF EN 933-1(indice de classement NF P 18-622.1). Les analyses effectuées sont reprises dans les tableaux 1, 2 et 3 et les courbes granulométriques sont représentées aux annexes 1, 2 et 3.

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Analyse granulométrique par tamisage NF EN 933-1
Laboratoire : LNTP/Kinshasa Opérateur : Nickson UMBA Désignation du matériau : Sable Provenance : Rivière Ngongo		Date : 13/07/2012 Numéro de référence :
Masse sèche M_s=2000gr
Tamis Ouverture en mm	Masse des refus cumulés (Ri) en gramme	Pourcentage refus cumulés R ⁱ x100	Pourcentage tamisats cumulés R i 100 - x100
Tamis Ouverture en mm	Masse des refus cumulés (Ri) en gramme	M s	M s
8,00	0	0	100
6,30	10	1	99
5,00	40	2	98
4,00	120	6	94
3,15	220	11	89
2,50	260	13	87
2,00	320	16	84
1,60	400	20	80
1,25	520	26	74
1,00	560	28	72
0,80	800	40	60
0,63	900	45	55
0,5	980	49	41
0,4	1280	64	36
0,315	1560	78	22
0,25	1670	84	16
0,2	1830	92	8
0,16	1890	95	5
0,125	1920	96	4
0,1	1930	97	3
0,08	1940	97	3

Tableau 1 : Analyse granulométrique du sable 0/5, carrière Ngongo, naturel roulé. V_si=100%= Passant à 2D=100% pour les catégories A,B,C V_si=98%= Passant à 1,4D=100% pour les catégories A,B,C

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La granularité de sable est satisfaisante, car elle respecte toutes les spécifications de la catégorie C.

Le module de finesse du sable est le centième de la somme des refus cumulés en pourcentage sur les

Analyse granulométrique par tamisage NF EN 933-1
Laboratoire : LNTP/Kinshasa Opérateur : Nickson UMBA Désignation du matériau : Concassé Provenance : CILU		Date : 13/07/2012 Numéro de référence :
Masse sèche M_s=8640gr
Tamis Ouverture en mm	Masse des refus cumulés (Ri) en gramme	Pourcentage refus cumulés R ⁱ x100	Pourcentage tamisats cumulés R i 100 - x100
Tamis Ouverture en mm	Masse des refus cumulés (Ri) en gramme	M s	M s
25	-	-	100
20	710	8	92
16	2900	34	66
12,5	5240	61	39
10	7240	84	16
8	8330	96	4
6,3	8570	99	1
5	8620	100	0
4	8620	100	0

Tableau 2: Analyse granulométrique du concassé 5/20, carrière CILU Vsi=100%< Passant à 2D=100% pour les catégories A, B, C Vsi=98%< Passant à 1,4D=100% pour les catégories A, B, C

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La granularité du concassé CILU est satisfaisante, car elle respecte toutes les spécifications de la

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Laboratoire : LNTP/Kinshasa Opérateur : Nickson UMBA Désignation du matériau : Concassé Provenance : YOLO		Date : 12/07/2012 Numéro de référence :
Masse sèche M_s=14.960gr
Tamis Ouverture en mm	Masse des refus cumulés (Ri) en gramme	Pourcentage refus cumulés R ⁱ x100	Pourcentage tamisats cumulés R i 100 - x100
Tamis Ouverture en mm	Masse des refus cumulés (Ri) en gramme	M s	M s
50	-	-	100
40	580	4	96
31,5	2270	15	85
25	7040	47	53
20	10430	70	30
16	12310	82	18
12,5	13080	87	13
10	13620	91	9
8	13930	93	7
6,3	14150	94	6
5	14320	95	5
4	14420	96	4
3,15	14520	97	3
2,5	14590	97	3
2	14640	98	2
1,6	14680	98	2
1,25	14720	98	2
1	14750	98	2
0,8	14770	98	2
0,63	14790	99	1
0,5	14810	99	1
0,4	14840	99	1
0,315	14850	99	1
0,25	14890	99	1
0,2	14930	100	0
0,16	14960	100	0

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La granularité du concassé YOLO est satisfaisante, car elle respecte toutes les spécifications de la

Le coefficient d'aplatissement caractérise la forme du granulat à partir de sa plus grande dimension et

de son épaisseur. Plus A est élevé, plus le gravillon contient d'éléments plats. Une mauvaise forme a

une incidence sur la maniabilité et favorise la ségrégation. Le coefficient d'aplatissement influe sur la

L'essai a été effectué conformément à la norme NF P 18-561 et les résultats de l'essai sont repris dans

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Le poids spécifique d'un granulat est le poids de l'unité de volume du granulat.

La densité apparente d'un granulat est le rapport de la masse apparente d'une unité de volume du granulat à température donnée à la masse d'une même quantité d'eau distillée à même température. Les valeurs mesurées sont représentées dans le tableau 6.

Tableau 6 . densité apparente et poids specifique sable 0/5, concassé 5/20 et 0/40 b) Coefficient d'absorption et porosité

Le coefficient d'absorption d'eau Ab représente la capacité d'absorption d'eau d'un granulat. Plus il

La porosité représente le rapport du volume des vides contenus dans les grains au volume des grains, exprimé en pourcentage.

Les essais de détermination du coefficient d'absorption d'eau et de la porosité des concassés Cilu et Yolo ont été effectués selon les normes NF P18-554. Les coefficients d'absorption d'eau et la porosité mesurés sur les concassés Yolo et Cilu sont nuls (tableau 7).

Tableau 7. coefficients d'absorption et de porosité des concassé Cilu 5/20 et Yolo 0/40

Les concassés Yolo et Cilu conviennent quant au coefficient d'absorption, elles satisfont aux spécifications de toutes les catégories.

L'essai d'équivalent sable (ES) permet de mesurer la propreté de sable, exprimant le rapport

volumétrique entre les éléments du sable qui sédimentent et les éléments fins qui floculent.

La valeur mesurée sur le sable de la rivière Ngongo vaut ES=87. La valeur convient.

L'essai Los Angeles mesure la résistance du granulat à la fragmentation et fait l'objet de la

norme NF P18-573. C'est un essai de résistance aux impacts basé sur la mesure de la dégradation

granulométrique des granulats soumis aux chocs. La limitation de la fragmentation permet d'éviter

d'utiliser des granulats dont la granularité pourrait évoluer pendant le transport et le malaxage. Les

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La mesure du coefficient Micro Deval permet de déterminer la résistance à l'attrition des granulats dont le principe est de reproduire dans un cylindre en rotation les phénomènes d'usure. L'essai est effectué suivant la norme NFP18-572 et les résultats sont repris dans le tableau 9.

3.3.2. Ciment

Le ciment utilisé est produit par la Cimenterie de Lukala (CILU) de type CEM II-32,5. Pour les ouvrages courants, le ciment portland CEM II-32,5 convient. Il est conditionné dans des sacs de 50 kg et l'approvisionnement pour les quantités nécessaires aux essais a été fait en une seule fois.

Les fibres utilisées proviennent des déchets d'usinage des pièces en acier à l'Atelier mécanique de la compagnie Sucrière de Kwilu Ngongo. Les fibres sont en forme de spirale de diamètre d'enroulement 5,2 mm, de longueur 40 à 50 mm et dont le filament est de section droite rectangulaire de 0,3 mmx1,4 mm .La masse volumique des fibres (copeaux acier) utilisées est de 7850 Kg/m³.

3.3.4. Eau de gâchage

L'eau de gâchage disponible est une eau potable, exempte de toutes impuretés pouvant altérer la qualité du béton. Elle convient parfaitement pour la confection de béton.

Suivant les spécifications de la norme NF P 18-211 à l'article 3.1, l'eau étant potable, elle est considérée comme appropriée pour la confection du béton et ne nécessite aucun essai, l'analyse n'est pas nécessaire.

3.4. Formulation et optimisation des bétons témoins

3.4.1. Introduction

La formulation du béton se fait par de nombreuses méthodes se basant sur la recherche de la compacité granulaire maximale. Nous recherchons le mélange optimal des constituants qui respecte les spécifications du cahier de charges et qui présente le coût minimum.

Plusieurs méthodes de formulation de béton existent, nous citons les méthodes de Bolomey, d'Abrams, de Faury, de Valette, de Joisel, Dreux-Gorisse, LCPC, BetonLab, etc...

En République Démocratique du Congo, la méthode la plus utilisée est celle de Dreux Gorisse.

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3.4.2 Formulation par la méthode de Dreux-Gorisse

- Concassé provenant des carrières Yolo 0/40 et Cilu 5/20 disponibles dans la région

- ouvrages courants de génie civil : dalle industrielle et assises des machines

Nous déterminons les quantités optimales des matériaux nécessaires pour la confection d'un mètre

Le béton est de classe 5/30, la résistance en compression à 28 jours f_c₂₈= 27MPa

Pour des raisons de sécurité, nous majorons la résistance caractéristique de 15 % pour déterminer la résistance visée.

Le cahier de charges spécifie que le béton est plastique, le tableau 10 renseigne une valeur d'affaissement au cône d'Abram variant de 6 à 9. Nous choisissons une valeur de A= 8 cm comme affaissement.

Le ciment est de type CEMII 32.5, la correspondance entre la classe vraie et la dénomination normalisée des ciments est indiquée dans le tableau 11.

Pour le ciment CEMII 32.5, le tableau 11 renseigne f_CE=45 MPa, classe vraie de ciment.

Les valeurs approximatives du coefficient granulaire déterminées précédemment sont :

Pour le concassé Cilu, de Dmax=20 mm, de bonne qualité, la valeur du coefficient granulaire G=0,50

G=0,5 pour le concassé Cilu et le concassé Yolo (Classe granulaire) FCE = 45MPa (Classe vraie du ciment CEMII 32,5)

Partant des valeurs C/E=1,88 et A=8, nous déterminons la quantité optimale de ciment nécessaire pour un mètre cube de béton par l'abaque de la figure 2. Le dosage optimal de ciment est de 385 Kg au mètre cube de béton.

limité à 0,55 et un enrobage minimum de 3 cm pour un milieu de catégorie A2 comme classe d'agressivité, cas de notre site.

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Figure 2 : Abaque détermination du dosage en ciment en fonction de C/E et de A

Partant du rapport C/E=1.88 calculé précédemment par la formule de Bolomey et de la valeur C=385kg/m³ du dosage en ciment, nous déterminons la valeur de la quantité d'eau nécessaire à la confection d'un mètre cube de béton.

La valeur de E calculée est applicable pour une dimension maximale de granulats Dmax=20 mm. Pour les valeurs _Dmax différentes de 20mm, cas du concassé Yolo, nous apportons une correction à la valeur E suivant l'abaque de la figure 3. En portant en abscisse la valeur de _Dmax=40 mm et en rapportant sur la courbe, nous trouvons une correction de - 6% sur le dosage en eau du BCY.

Le B2C ayant un _Dmax=20mm, aucune correction n'est apportée au dosage en eau. La correction à apporter au dosage en eau est indiquée dans le tableau12.

Le dosage en ciment devra être corrigé pour le BCY afin de conserver la valeur de C/E:

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Nous déterminons les proportions optimales des constituants granulaires du mélange (sable, concassé) à partir de la courbe granulaire de référence tracée sur la courbe granulométrique des constituants et représentée par deux segments de droite. Trois points suffisent pour la tracer : l'origine O, le point de brisure A et l'extrémité B.

L'origine O et l'extrémité B sont invariants quel que soit le mélange et ont respectivement les coordonnées O(0,08mm ;0%passants) et B(D ;100%passants).

- Abscisse x est au milieu du segment concassé limité par le module 38 (tamis 5 mm) et le module qui correspond à Dmax

K : coefficient correcteur pour optimisation de la compacité en fonction du type de vibration, de la forme de granulat et du dosage en ciment défini par le tableau 13.

Notre sable étant roulé, le dosage valant 385 kg/m³pour le B2C et 362 kg/m³pour le BCY, une vibration normale, l'interpolation linéaire donne K=-1,4 pour le B2C et K=-0,48 pour le BCY (C=362 kg, sable roulé et vibration normale)

K_p: coefficient correcteur supplémentaire si le béton est pompable, il varie de +5 à +10 Notre béton n'étant pas pompable, le facteur correcteur vaut K_p=0

Vibration		Faible		Normale		Puissante
Forme des granulats (du sable en particulier)		Roulé	Concassé	Roulé	Concassé	Roulé	Concassé
Dosage en ciment	400+fluidifiant	-2	0	-4	-2	-6	-4
	400	0	+2	-2	0	-4	-2
	350	+2	+4	0	+2	-2	0
	300	+4	+6	+2	+4	0	+2
	250	+6	+8	+4	+6	+2	+4
	200	+8	+10	+6	+8	+4	+6

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Abscisse x au milieu du segment concassé limité par les modules 38 et 47 (D_max=40), soit

Nous traçons la ligne de partage définie par deux points : le point 95% des passants du sable et le point 5% des passants du concassé.

Le point d'intersection de la ligne de partage ainsi tracée et de la courbe granulaire de référence donne en ordonnée la proportion du sable et en complément la proportion du concassé.

Les tracés des différentes courbes sont représentés sur les figures 4 et 5, les résultats sont indiqués dans le tableau 14

Valorisation des déchets d'usinage de l'Atelier Mécanique de la Compagnie Sucrière de Kwilu-Ngongo : contribution à l'étude des caractéristiques physiques et
mécaniques des bétons renforcés de fibres métalliques.

Compacité du béton y = y ₀ + y ₁ , les valeurs de y₀ et de y₁ sont définies dans le tableau 15.

Consistance	Serrage			Compacité y0
				Dmax=5	Dmax=8	Dmax=12,5	Dmax=20	Dmax=31,5	Dmax=50	Dmax=80
Molle	Piquage Vibration faible Vibration normale			0,750 0,755 0,760	0,780 0,785 0,790	0,795 0,800 0,805	0,805 0,810 0,815	0,810 0,815 0,820	0,815 0,820 0,825	0,820 0,825 0,830
Plastique	Piquage Vibration faible Vibration normale Vibration puissante			0,730 0,765 0,770 0,775	0,790 0,795 0,800 0,805	0,805 0,810 0,815 0,820	0,815 0,820 0,825 0,830	0,820 0,825 0,830 0,835	0,825 0,830 0,835 0,840	0,830 0,835 0,840 0,845
Ferme	Vibration faible Vibration normale Vibration puissante			0,775 0,780 0,785	0,805 0,810 0,815	0,820 0,825 0,830	0,830 0,835 0,840	0,835 0,840 0,845	0,840 0,845 0,850	0,845 0,850 0,855
Terme correctif y1
Sable		Gravier	y1
Roulé		Roulé	0
Roulé		Concassé	-0,010
Concassé		Concassé	-0,030

BCY : Dmax=40mm, l'interpolation donne y0 =0,832 ; y1=-0,010 et y=0,832-0,010=0,822

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Tenant compte des masses spécifiques des constituants, la formule théorique pondérale du B2C est :

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Tenant compte des masses spécifiques des constituants, la formule théorique pondérale du B2C est :

Les formules B2C et BCY ainsi déterminées sont théoriques, il est nécessaire de les ajuster pratiquement par des essais d'études au laboratoire. Les ajustements sont effectués sur la maniabilité, la densité et la résistance.

Avec la composition théorique, nous avons effectué les essais d'affaissement au cône d'Abram pour mesurer la plasticité obtenue pour les deux formules, B2C et BYC. L'abaque de la figure 6 nous permet de déterminer la correction à apporter au dosage en eau pour obtenir l'affaissement désiré pour notre étude conformément au cahier des charges en traçant une courbe homothétique aux courbes de variation de E.

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Nous avons confectionné les éprouvettes et mesuré la densité ?obtenu du béton pour le B2C et le

?théorique=2,449> ?obtenu=2,409 la formule théorique fait plus d'un mètre cube

Nous apportons cette correction sur la quantité de granulat suivant les proportions

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Les éprouvettes pour la correction de résistance seront confectionnées avec le dosage :

?théorique=2,432< ?obtenu=2,440 la formule théorique fait moins d'un mètre cube

Nous apportons cette correction sur la quantité de granulat suivant les proportions

Les éprouvettes pour la correction de résistance seront confectionnées avec le

Nous avons confectionné les éprouvettes en tenant compte des corrections apportées à l'eau de

gâchage et aux granulats. Nous avons ensuite effectué les essais de compression à l'âge de 7

jours. Compte tenu du temps, nous avons déterminé la résistance à 28 jours par le coefficient

j	f cj	j	f cj
j	f c 7	j	f c 7
7 jours	1	45 jours	1,54
14 jours	1,27	60 jours	1,59
21 jours	1,38	90 jours	1,65
28 jours	1,45	4 mois	1,69

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Les résistances mesurées à 7 jours et leurs correspondances à 28 jours sont indiquées dans le tableau 19.

Partant de la valeur C/E corrigée et de l'affaissement A=8, l'abaque de la figure 2 nous permet de déterminer le dosage en ciment.

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Où 2,59 est le poids spécifique du sable, le ciment ayant donc été remplacé par du sable.

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Tableau 20 : Formules définitives B2C et BCY

3.4.4 Optimisation du béton de fibre

Pour ROSSI, HARROUCHE et BELLOC, la composition des bétons de fibres métalliques est totalement différente de celle d'un béton courant, un composite fibre ne s'obtient pas en introduisant simplement des fibres dans une matrice donnée. Il est impératif d'étudier un béton de plasticité suffisante pour assurer un enrobage correct des fibres et améliorer ainsi l'adhérence, de manière à atteindre des propriétés mécaniques élevées et un comportement du matériau satisfaisant.

L'étude de la composition de bétons fibres est donc complexe, car il ne suffit pas d'ajouter un certain pourcentage de fibres à une composition d'un béton témoin. L'addition des renforts modifie les caractéristiques de la matrice. Il faut donc optimiser le mélange par des essais de maniabilité se traduisant par une augmentation des éléments fins, le mélange doit impérativement avoir une plasticité suffisante pour assurer un enrobage correct des fibres et améliorer ainsi l'adhérence.

Pour E/C constant (0,51 pour le BCY et 0,52 pour le B2C), en variant le rapport S/G, nous avons réalisé plusieurs gâchées successives et avons effectué des essais de maniabilité. Nous avons obtenu S/G=0,81 et S/G=0,63 respectivement pour les bétons fibrés B2C et BCY pour une maniabilité optimum. Le concassé 0/40 de Yolo contient beaucoup d'éléments fins, sa granulométrie est étalée.

La composition finale pour un mètre cube de béton est indiquée dans le tableau 21

	Béton témoin Cilu	Béton Cilu fibré optimisé (S/G=0,81)	Béton témoin Yolo	Béton Yolo fibré optimisé (S/G=0,63)
Ciment (Kg)	390		400
Eau (L)	204		205,13
Sable (Kg)	695,49	779,52	592	690,89
Concassé (Kg)	1.119,99	1035,96	1.262	1163,11

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3.5. Programme expérimental

3.5.1. Type de béton

Les différents bétons que nous confectionnons dans notre étude sont indiqués dans le tableau suivant

1	B2C	Béton témoin sans fibre avec concassé CILU
2	B2	Béton avec concassé CILU et 0,2 % de fibre métallique en volume
3	B2C4	Béton avec concassé CILU et 0,4 % de fibre métallique en volume
4	B2C6	Béton avec concassé CILU et 0,6 % de fibre métallique en volume
5	B2C8	Béton avec concassé CILU et 0,8 % de fibre métallique en volume
6	B2C10	Béton avec concassé CILU et 1 % de fibre métallique en volume
7	BCY	Béton témoin avec concassé
8	BCY2	Béton avec concassé YOLO et 0,2 % de fibre métallique en volume
9	BCY4	Béton avec concassé YOLO et 0,4 % de fibre métallique en volume
10	BCY6	Béton avec concassé YOLO et 0,6 % de fibre métallique en volume
11	BCY8	Béton avec concassé YOLO et 0,8% de fibre métallique en volume
12	BCY10	Béton avec concassé YOLO et 1% de fibre métallique en volume

Douze types de béton ont été confectionnés comme indiqué dans le tableau 22.

Sur le béton frais, nous mesurons la masse volumique et l'ouvrabilité de chaque type de béton.

Pour la caractérisation du béton durci, six éprouvettes ont été confectionnées pour chaque type de béton et

pour chaque échéance (7 j et 28 j) afin de réaliser les essais mécaniques de traction et de compression.

La campagne d'essai a donc concerné 144 éprouvettes pour les essais de compression et de traction et 6

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3.5.2. Confection et conservation des éprouvettes

Les quantités de matériaux nécessaires pour une gâchée B2C et BCY permettant respectivement la confection de 8 éprouvettes cylindriques 11x22 et 4 éprouvettes cylindriques 16x32 sont indiquées dans le tableau 23.

	Béton avec concassé Cilu V=0,0240 m³						Béton avec concassé Yolo V=0,0308 m3
	B2C Témoin	B2 0,2%	B2C4 0,4%	B2C6 0,6%	B2C8 0,8%	B2C10 1%	BCY Témoin	BCY2 0,2%	BCY4 0,4%	BCY6 0,6%	BCY8 0,8%	BCY10 1%
Ciment (Kg)	9,36						12,32
Eau (L)	4,90						6,32
Sable (Kg)	16,69	18,71					18,23	21,28
Concassé (Kg)	26,88	24,86					38,87	35,82
Fibre (Kg)	0	0,38	0,76	1,13	1,52	1,88	0	0,48	0,96	1,45	1,92	2,42

Le mélange des constituants a été fait suivant les étapes chronologiques suivantes :

Après malaxage, nous avons effectué le remplissage des moules en deux couches suivant les spécifications de la norme NF P 18-423.

Le moule est rempli aux trois quarts et il est soumis à une vibration jusqu'à l'apparition d'un léger ressuage. Ensuite, le moule est rempli totalement et la vibration reprend pendant une minute environ.

Nous avons conservé les éprouvette dans les moules pendants les premières 24 heures dans une ambiance à 200C. Après démoulage, les éprouvettes ont été immergées dans l'eau à une température de

200C jusqu'aux échéances des essais (7j et 28 j) tout en prenant soin de les étiqueter au marqueur.

Avant les essais de traction et de compression, les extrémités des éprouvettes ont été surfacées suivant la norme NF P18-416.

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3.5.3. Essais effectués

Nous déterminons les caractéristiques du béton à la sortie de la bétonnière.

L'essai a été effectué suivant la norme NF P 18-440 partie 6. Le moule a été pesé pour déterminer sa masse (m1) et ensuite le moule a été rempli de béton et pesé pour déterminer la masse (m2).

p est la masse volumique du béton frais, en kilogrammes par mètre cube (kg/m³) ;

m₂est la masse du récipient plus la masse de béton contenu dans le récipient, en kilogrammes (kg) ; V est le volume du récipient, en mètres cubes (m³).

L'essai d'affaissement au cône d'Abrams ou slump-test sert à la mesure de la consistance du béton. L'essai a été effectué suivant la norme NF P 18-451.

L'appareillage nécessaire pour effectuer cet essai est le moule sans fond de forme tronçonique et d'une tige de piquage de diamètre 16 mm et de longueur 600 mm.

Au moyen d'une pelle creuse, nous introduisons le béton dans le moule en 3 couches égales. Ce remplissage de moule doit se faire impérativement une à deux minutes maximum après le prélèvement et l'homogénéisation du mélange destiné à l'essai.

A l'aide de la tige, piquer chaque couche 25 fois en répartissant les enfoncements uniformément sur la surface du mélange.

Araser en roulant la tige de piquage sur les bords supérieurs du moule. Nous soulevons avec précaution le moule et la valeur de l'affaissement est mesurée sur le point le plus haut du béton dans la minute qui suit le démoulage. La figure 7 illustre l'essai au cône d'Abrahms

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Figure 7 : Appareillage pour essai d'affaissement au cône d'Abrams 3.5.3.2 Essai sur le béton durci

L'essai de compression consiste à rompre le corps d'épreuve entre deux plateaux d'une presse de compression. Nous avons utilisé une presse de marque « Controls »d'une capacité maximale de 3000 KN. L'essai a été réalisé suivant la norme NF P 18-406 sur des éprouvettes cylindriques de diamètre 16 et de longueur 32 pour le BCY et de diamètre 11 et de longueur 22 pour le B2C. Après un centrage de l'éprouvette, la mise en charge est faite avec une vitesse de montée constante. La charge de rupture est la charge maximale enregistrée au cours de l'essai. La résistance à la compression est le rapport entre la charge de rupture et la section transversale de l'éprouvette.

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L'essai de traction par fendage, appelé essai Brésilien ou splitting, consiste à écraser un cylindre de béton placé horizontalement entre les deux plateaux d'une presse. Cet essai a pour but de déterminer la résistance à la traction du béton.

L'éprouvette a les mêmes dimensions (Ø= 16 cm, h= 32 cm pour le BCY et Ø=11 cm, h=22 cm pour le B2C) et subit la même préparation que pour les essais de compression simple.

La norme NF P 18-408 spécifie les dispositions pour la réalisation de l'essai de traction par fendage.

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CHAPITRE 4. ANALYSE ET DISCUTION DES RESULTATS

4.1. Caractéristiques physiques des bétons frais

4.1.1. Affaissement

Les résultats des essais d'affaissement au cône d'Abrams sont indiqués dans le tableau 24.

	B2C	B2	B2C4	B2C6	B2C8	B2C10	BCY	BCY2	BCY4	BCY6	BCY8	BCY10
A (cm)	7,9	7,6	7,3	7,1	6,8	6,4	8,3	7,9	7,5	7,4	7,2	6,9

Figure 8: Variation de l'affaissement du béton Cilu en fonction du pourcentage de fibres

Les valeurs des affaissements obtenues pour le béton Cilu correspondent à un béton de consistance plastique. Celles -ci varient de 7,9 cm à 6,4 cm. L'ouvrabilité du béton Cilu diminue avec l'augmentation du pourcentage des fibres. Elle est de 7,9cm pour le béton témoin et 6,4 cm pour le béton renforcé de 1% de fibres, une diminution d'environ 19%. L'introduction des fibres modifie la structure de la matrice. Par l'optimisation, nous avons obtenu des bétons plastiques à tous les pourcentages des fibres.

Le graphique renseigne que la maniabilité des bétons Yolo diminue avec l'augmentation du pourcentage des fibres. Le béton témoin a une ouvrabilité 8,3cm et celui renforcé de 1% a une ouvrabilité de 6,9 cm. L'ouvrabilité a diminué 17%. Pour tous les pourcentages, nous avons obtenu des bétons plastiques grâce à l'optimisation

A tous les pourcentages de fibres, le béton Yolo est plus ouvrable, son ouvrabilité allant de 8,3 cm pour le béton témoin à 6,9 cm pour 1% des fibres. Le concassé Yolo contient beaucoup de fines permettant une meilleure ouvrabilité. Pour les deux types de béton, l'ouvrabilité diminue avec l'augmentation des fibres, car les fibres pertubent la structure granulaire de la matrice.

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4.1.2 Masse volumique

Les résultats de masse volumique de différents types de béton à l'état frais sont renseignés dans le tableau 25.

	B2C	B2	B2C4	B2C6	B2C8	B2C10	BCY	BCY2	BCY4	BCY6	BCY8	BCY10
ñ (Kg/m³)	2548	2546	2540	2520	2518	2518	2519	2519	2512	2481	2419	2334

Tableau 25: Résultat de la masse volumique des bétons frais a) Influence du pourcentage de fibres sur la masse volumique

Figure 11: Variation de la masse volumique du béton Cilu à l'état frais en fonction du pourcentage de fibres

La masse volumique du béton Cilu diminue avec l'augmentation du pourcentage de fibres, elle varie de 2548 Kg/m³pour le béton témoin à 2518 Kg/m³pour 1% des fibres, une diminution de 1% . Nous obsevons un palier à 0,8% et 1% d'ajout de fibres.

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Figure 12 . Variation de la masse volumique du béton Yolo à l'état frais en fonction du pourcentage de fibres

Suivant la figure 12, la masse volumique des bétons diminue avec l'augmentation du pourcentage de fibres. Elle est de 2519 Kg/m³ pour le témoin et de 2334 Kg/m³ à 1%, soit une diminution de 7%. Nous observons un palier à 1% et au témoin.

Figure 13. Influence du type de concassé sur la masse volumique à l'état frais

A tous les pourcentages des fibres, le béton Cilu présente une masse volumique plus élevée car le concassé Cilu (5/20) nous a donné un béton avec moins de vides. Le concassé Yolo est constitué de concassé de gros éléments (0/40), son béton contient beaucoup de vides.

4.2. Caractéristiques physiques et mécaniques des bétons durcis

4.2.1 Masse volumique

Les résultats de masse volumique des différents types de béton durci sont renseignés dans le tableau 25 .

	B2C	B2	B2C4	B2C6	B2C8	B2C10	BCY	BCY2	BCY4	BCY6	BCY8	BCY10
ñ7 j	2516	2504	2498	2476	2460	2461	2483	2473	2453	2418	2399	2387
ñ28 j	2528	2521	2512	2503	2492	2477	2502	2493	2488	2465	2391	2368

Tableau 26: Résultat de la masse volumique à l'état durci b) Influence du pourcentage de fibres sur la masse volumique

Figure 14: Variation de la masse volumique du béton Cilu à l'état durci en fonction du pourcentage de fibres

La masse volumique du béton Cilu diminue avec l'augmentation du pourcentage de fibres, elle va de 2528 Kg/m³pour le béton témoin à 2477 Kg/m³, soit une diminution de 2%.

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Figure 15. Variation de la masse volumique du béton Yolo à l'état durci en fonction du pourcentage de fibres

Le béton témoin Yolo a une masse volumique plus élevée que les bétons de fibres. La masse

volumique varie de 2502 Kg/m³ pour le témoin à 2368 kg/m³ pour 1% de fibres, soit une diminution de 5%.

La masse volumique diminue sensiblement de 0.6% à 0,8 % des fibres passant respectivement de 2465Kg/m³ à 2391 Kg/m³.

Figure 16 . Influence du type de concassé sur la masse volumique du béton durci

A tous les pourcentages de fibres, le béton Cilu présente une masse volumique plus grande, car il présente moins de vides. Nous constatons un écart sensible aux pourcentages de 0,8% et 1% , le béton Yolo présente une masse volumique faible à cause de gros grains des concassés qui occasionnent des vides.

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Le tableau 27 présente les résultats des résistances obtenues avec les mélanges élaborés sur une moyenne de trois essais par éprouvettes.

	B2C	B2	B2C4	B2C6	B2C8	B2C10	BCY	BCY2	BCY4	BCY6	BCY8	BCY10
fc7 (Mpa)	23,68	20,15	20,3	16,84	15,26	17,89	23,13	19,99	16,66	14,68	11,69	11,45
f c 7 %	100%	85%	86%	71%	64%	76%	100%	86%	72%	63%	51%	50%
fc7T
fc28 (Mpa)	28,41	28,68	29,02	26,78	23,15	23,08	26,11	26,3	25,78	19,40	18,41	17,66
f c 28 %	100%	101%	102%	94%	81%	81%	100%	101%	99%	74%	71%	68%
fc28T
fc 7 %	83%	70%	70%	63%	66%	78%	89%	76%	65%	76%	63%	65%
f c 28

b) Influence du pourcentage de fibres sur la résistance à la compression Béton Cilu

Nous constatons que la résistance à la compression augmente avec l'âge des éprouvettes. La résistance à la compression à 7 jours atteint 83% de sa résistance finale à 28 jours pour le béton témoin, 78 % pour l'ajout de 1% . Au jeune âge (7j), le B2C4 atteint 86% de la résistance du béton témoin.

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L'incorporation des fibres n'apporte pas une amélioration notable de la résistance à la compression. L'ajout des fibres en faible pourcentage (0,2% et 0,4%) apporte un faible gain de résistance. Nous observons un gain de résistance à la compression de 1% et 2% respectivement pour l'ajout de 0,2% et de 0, 4% de fibres.

Aux pourcentages plus grands, la résistance diminue à cause de la porosité induite par les fibres. Béton Yolo

La résistance à la compression du béton Yolo augmente avec l'âge. L'ajout des fibres n'a pas apporté

A 28 jours, nous relevons un gain de résistance de 1% pour l'ajout de 0,2% de fibres. La résistance

A 7 jours, le béton Cilu a présenté des résistances plus grandes à tous les pourcentages de fibres. Le béton Yolo contient des éléments très gros jusqu'à 40 mm. L'écart le plus important de la résistance à la compression est observé à 1% de fibres.

Le béton Cilu a présenté de meilleures résistances à la compression au béton témoin et à tous les

pourcentages d'ajout des fibres. L'optimum a été atteinte par le B2C4 (29,02 MPa). Le béton Yolo est plus

4.2.3. Résistance à la traction

a) Résultats

Les résultats des essais à la traction par fendage de différents types de béton durci sont renseignés dans le

La relation entre la résistance en compression et la résistance en traction est exprimée par la formule

Pour une résistance nominale à 28 jours, fc 28 = 27MPa , la résistance de référence nominale vaut : ft 28 = 0,6 + 0,06x27 = 2,22MPa

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	B2C	B2	B2C4	B2C6	B2C8	B2C10	BCY	BCY2	BCY4	BCY6	BCY8	BCY10
ft 7	2,51	2,76	2,81	1,97	1,84	1,56	2,3	2,36	2,11	1,99	1,80	1,36
f t 7 %	100%	110%	112%	78%	73%	62%	100%	103%	92%	87%	78%	59%
f t 7 T
ft28	2,76	4,08	3,68	3,29	3,03	3,03	2,61	2,92	3,05	2,86	2,74	2,55
f t 28 %	100%	148%	133%	119%	110%	110%	100%	112%	117%	110%	105%	98%
f t 28 T

Tableau 28 : Résultats essai de traction b) Influence du pourcentage de fibres sur la résistance à la traction Béton Cilu

La résistance à la traction augmente avec l'âge à tous les pourcentages d'ajout des fibres.

Au jeune âge (7j), les résistances à la traction du béton témoin, du B2 et du B2C4 ont depassé la résistance de référence. La meilleure résistance a été observée à 0,4% d'ajout de fibre, un gain de résistance de 12% par rapport au témoin.

Toutes les résistances à traction à 28 jours sont plus grandes que la résistance de référence (2.22MPa). L'optimum a été observé à 0,2% de fibre, un gain de résistance de 48% par rapport au témoin. Un gain de résistance de 33% et de 19% est observé aux pourcentages respectifs de 0,4%, 0,6% et un gain de 10% aux pourcentages de 0,8% et de 1%.

Les fibres ont une forte influence sur la résistance à la traction du béton Cilu.

La résistance à la traction augmente avec l'âge pour tous les types de béton.

A 7 jours, la meilleure résistance a été observée à 0,2% des fibres avec un gain de résistance de 3% par rapport au témoin. Le béton témoin et le BCY2 ont dépassé la résistance de référence nominale (2,22MPa).

A 28 jours, toutes les valeurs de résistances ont dépassé la valeur de la résistance de référence nominale. L'optimum de la résistance (3,05 MPa) est observé à 0,4% des fibres pour un gain de résistance de 17%. Le gain de résistance est de 12%, 10% et 5% respectivement aux pourcentages de 0,2%, 0,6% et 0,8% des fibres. Nous relevons une perte de résistance de 2% à 1% d'incorporation de fibres.

c) Influence du type de concassé sur la résistance à la traction

Age de 7 jours

A 7 jours, le béton Yolo présente une meilleure résistance uniquement à 0,6% de fibres. L'écart le plus important est observé à 0,4 % de fibres.

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Le béton Cilu présente une meilleure résistance au témoin et à tous les pourcentages de fibres. La valeur la plus élévée de résistance est atteinte par le béton Cilu pour 0,2% des fibres.

A 0,2% des fibres, optimum pour le béton Cilu, la résistance du B2 (4,08MPa) est de 40% plus élevée que la résistance du BCY2 (2,92MPa)

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CHAPITRE 5 CONCLUSION, RECOMMANDATIONS ET PERSPECTIVES

Nous constatons que l'incorporation des déchets d'usinage présente une notable amélioration des performances mécaniques des bétons.

Pour les bétons frais, tous les types de bétons étudiés présentent une bonne ouvrabilité grâce à leur optimisation. Les bétons sont plastiques. L'ajout des fibres diminue néanmoins la plasticité des bétons.

En ce qui concerne la résistance à la compression, l'incorporation de fibres n'a pas entrainé une amélioration notable de la résistance en compression. Nous avons observé un gain de résistance de 2% pour le B2C4 et un gain de 1% pour le BCY2. Aux pourcentages élevés, la résistance à la compression diminue. Le béton Cilu a donné la meilleure résistance à la compression (29,02MPa) pour 0,4% de fibres.

Nous avons constaté une nette amélioration de la résistance à la traction. Pour le béton Cilu, un gain de résistance de 48% pour 0,2% de fibres et un gain de 17% pour 0,4% de fibres pour le béton Yolo. Au vu des résultats, le B2 a présenté les meilleures performances. Sa résistance à la traction (4,08MPa), plus grande de 84% de la résistance de référence nominale (2,22MPa), et sa résistance à la compression (29,02 MPa) permettent son utilisation pour les éléments de structures de notre application, notamment les dallages industriels et les fondations des machines. Sa valeur élevée de résistance à la traction et sa valeur convenable de résistance à la compression nous permettent d'entrevoir des économies par la réduction des épaisseurs notamment de nos dallages industriels.

Le béton fibré est considéré comme un matériau composite nouveau, plusieurs recherches sont en cours. Nous recommandons ainsi les étudiants de poursuivre et d'approfondir les recherches sur :

A la lumière des résultats obtenus, nous recommandons à la compagnie Sucrière de Kwilu Ngongo d'utiliser le concassé provenant de la Cilu pour ses ouvrages à fort taux de chargement notamment les fondations des machines et les dallages industriels. Ce choix permettra d'obtenir des économies par la réduction des épaisseurs des éléments et d'éviter de casser chaque année après la campagne de production de sucre, plusieurs fondations de machines, les relevés ayant renseigné 270m³ de gravats de béton. Le béton Yolo peut être utilisé pour les ouvrages à moindre taux de chargement notamment pour les dallages et les chainages pour la construction et l'entretien des camps des agents.

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