Présentation générale
Pour que les bétons, les remblais et tous les ouvrages en terre soient durables et résistants, leur squelette granulaire doit être le plus compact possible.
Dans le cas des bétons ordinaires, il convient lors de leur réalisation, de mélanger des grains de gravillon et de sable dans des proportions qui minimisent les vides.
Identifier l'influence des proportions des composants d'un mélange binaire sur sa compacité.
L'étude que vous allez faire consiste à mélanger deux granulats élémentaires de dimensions sensiblement différentes. En faisant varier les proportions du mélange, vous identifierez les proportions qui donnent la compacité optimale.
Enfin il faudra donner une explication physique aux phénomènes observés.
Le contexte technique de l'étude proposée au travers d'un TP en laboratoire est la réalisation de milieux granulaires destinés à des emplois de construction. En premier lieu il s'agit de la fabrication des bétons pour lesquels le mélange d'un sable et d'un gravillon conduit à la réalisation d'une grave reconstituée.
Optimisation de la compacité - courbe de référence
De nombreux étudiants n'ont pas conscience que les proportions optimales de deux granulats utilisés dans un mélange granulaire vont conduire à le densifier et à obtenir un mélange plus compact que les deux granulats initiaux pris indépendamment.
La démarche choisie ici consiste à les amener progressivement à comprendre que le courbe de référence utilisée plus tard lors de la formulation d'un béton (Méthode de Dreux-Gorisse par exemple) correspond à l'optimum de compacité de la grave reconstituée composée de gravillon et de sable.
L'idée sous-jacente est également de les amener à comprendre que l'étendue granulaire joue un rôle important vis-à-vis de la compacité.
Ratio 40/60
Ce TP montre, entre autre, que dans le cas d'un mélange d'une coupure 8/10 mm et d'une coupure 400/630 µm l'optimum de compacité se produit environ pour 60% de gros grains et 40% de grains fins - ces proportions étant volumiques.
Cet ordre de grandeur peut être extrapolé. Il sera présent à l'esprit des étudiants dès lors qu'ils s'aventureront à formuler un béton, puisque la grave reconstituée d'un béton ordinaire est composée essentiellement de grains gros (gravillon) et de grains plus fins (sable) à raison de 60% pour l'un et 40% pour l'autre environ.
Explications physiques
Une fois le concept d'optimum de compacité acquis, beaucoup d'étudiants croient à tort que le mécanisme physique conduisant à l'optimum de compacité correspond à un remplissage des vides du gros granulat par les grains du granulat fin ; implicitement ils imaginent un empilement Appolonien où tout interstice est comblé par un grain de taille adaptée ne perturbant pas l'arrangement granulaire des plus gros.
Il est donc important de prévoir un temps de synthèse, une demi-heure environ, en regroupement, pour expliciter l'origine des trois points observables, dont deux sont modélisés par la théorie de Caquot.
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augmentation de la compacité par insertion de gros grains dans une matrice de grains fin (modélisation Caquot n°1)
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augmentation de la compacité par insertion de grains fins dans une matrice de gros grains (modélisation Caquot n°2)
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atteinte d'un optimum de compacité par interférence.
