Détails du sujet
Évaluation comparative de la résistance mécanique du béton à base de gravier roulé et de gravier lapilli
Résumé
Auteur : SHUKURU LWABOSHI
Niveau: G3
Département: Genie civil
Année Ac: 2024-2025 , | 2025-03-13 12:26:55
Mots clés
Béton, roulé, lapilli
Intérêt
1. Intérêt Scientifique et Technique
-Compréhension des mécanismes d’adhérence:
- Analyser comment la texture (lisse vs. poreuse) et la forme (arrondie vs. irrégulière) des granulats influencent l’adhérence à la matrice cimentaire.
- Contribuer à la modélisation des interfaces granulat-pâte de ciment, un enjeu clé en science des matériaux.
-Optimisation des formulations béton :
- Identifier des combinaisons optimales (ex : mélange gravier roulé + lapilli) pour équilibrer résistance, durabilité et coût.
- Explorer l’ajout d’adjuvants(fibres, nano-silice) pour compenser les faiblesses du lapilli.
-Nouveaux savoirs sur les granulats volcaniques :
- Peu d’études existent sur le lapilli comme granulat dans le béton. Ce sujet comble un manque de connaissances, notamment sur sa résistance à long terme en milieu humide ou corrosif.
2. Intérêt Environnemental
- Réduction de l’empreinte carbone:
- Promouvoir l’utilisation de granulats locaux (ex : lapilli en zones volcaniques) pour limiter le transport de matériaux, responsable de 10 à 30 % des émissions CO₂ des chantiers.
- Alternative écologique à l’extraction de gravier roulé, qui perturbe les écosystèmes aquatiques(rivières, lits de cours d’eau).
-Économie circulaire:
- Valoriser une ressource naturelle sous-utilisée (lapilli) dans les régions volcaniques (ex : Réunion, Islande, Italie), réduisant la dépendance aux granulats importés.
3. Intérêt Économique
-Réduction des coûts de construction:
- En zones volcaniques, le lapilli est souvent abondant et peu coûteux à extraire. Son utilisation pourrait baisser le prix des bétons locaux.
- Diminuer les frais logistiques liés à l’importation de gravier roulé dans les régions éloignées des cours d’eau.
-Développement local :
- Créer des filières industrielles autour de l’exploitation du lapilli (carrières, traitement), générant des emplois dans les régions concernées.
Problématique
1.Performance mécanique:
- Les graviers roulés, lisses et arrondis, offrent une faible adhérence à la matrice cimentaire, ce qui pourrait réduire la résistance du béton.
- Les graviers lapilli, poreux et anguleux, pourraient fragiliser la structure en créant des points de faiblesse, mais leur rugosité pourrait améliorer l’interaction avec le ciment.
- Question sous-jacente: Lequel de ces granulats permet d’atteindre les meilleures performances en compression, traction et durabilité ?
2.Contexte géographique et disponibilité :
- Le gravier roulé est souvent importé en zones éloignées des cours d’eau, augmentant les coûts logistiques.
- Le lapilli, abondant dans les régions volcaniques (ex : Réunion, Islande), représente une ressource locale sous-exploitée.
-Question sous-jacente: Dans quelles régions et pour quelles applications le lapilli pourrait-il remplacer avantageusement le gravier roulé malgré ses éventuelles limites mécaniques ?
3.Impact environnemental:
- L’extraction de gravier roulé perturbe les écosystèmes aquatiques, tandis que l’exploitation du lapilli, local, réduit l’empreinte carbone liée au transport.
-Question sous-jacente : Un béton à base de lapilli, moins résistant mais écologique, peut-il être justifié dans une logique d’économie circulaire, notamment en zones volcaniques ?
Plan provisoire
Introduction Générale
1.Contexte et justification:
- Importance des granulats dans le béton (70 % du volume).
- Enjeux environnementaux liés à l’extraction des granulats (impact sur les écosystèmes, empreinte carbone).
- Intérêt des granulats locaux (ex : lapilli en zones volcaniques) pour une construction durable.
2.Problématique:
- Comment les propriétés des granulats roulés et lapilli influencent-ils la résistance mécanique et la durabilité du béton ? Quels compromis entre performance et durabilité environnementale ?
3. Objectifs:
- Comparer la résistance mécanique et la durabilité des bétons à gravier roulé et lapilli.
- Proposer des solutions pour optimiser l’utilisation du lapilli dans des contextes spécifiques.
4.Originalité du sujet :
- Peu d’études comparant ces deux granulats.
- Approche interdisciplinaire (géologie, génie civil, écoconstruction).
Chapitre 1 : Revue de la Littérature
1.Les granulats dans le béton :
- Rôle des granulats (résistance, durabilité, ouvrabilité).
- Normes et spécifications (EN 12620, EN 206).
2.Propriétés des graviers roulés :
- Origine (rivières, plages), forme arrondie, faible adhérence.
- Avantages et limites (performance mécanique vs. impact écologique).
3.Propriétés des graviers lapilli:
- Origine volcanique (ex : basalte, andésite), porosité, légèreté.
- Utilisations actuelles et potentiel inexploité.
4.Travaux antérieurs:
- Études sur les granulats alternatifs (recyclés, biosourcés).
- Lacunes dans la littérature concernant le lapilli.
Chapitre 2 : Méthodologie Expérimentale
1.Caractérisation des granulats:
- Granulométrie, forme, porosité, résistance à la fragmentation (Los Angeles).
- Composition minéralogique (DRX, MEB).
2.Formulation des bétons :
- Dosage standard (ciment, eau, sable) avec substitution des granulats.
- Séries expérimentales : béton à gravier roulé, lapilli, et témoin (concassé).
3.Essais mécaniques :
- Résistance à la compression (7, 14, 28 jours).
- Traction par fendage, flexion, module d’élasticité.
4. Essais de durabilité:
- Gel-dégel, perméabilité aux chlorures, carbonatation.
5.Analyse microstructurale :
- Microscopie électronique (MEB) des interfaces granulat-pâte.
Chapitre 3 : Résultats et Analyse
1.Résultats des essais mécaniques :
- Comparaison graphique (résistance à la compression, traction).
- Impact de la forme et de la porosité des granulats.
2.Comportement en milieu agressif :
- Performance des bétons face au gel-dégel et aux chlorures.
- Corrélation entre porosité des granulats et dégradation.
3.Analyse microstructurale :
- Observation des microfissures et zones de faiblesse.
- Adhérence gravier-pâte de ciment (roulé vs. Lapilli )
Chapitre 4 : Analyse Environnementale et Économique**
1.Analyse du Cycle de Vie (ACV) :
- Comparaison de l’empreinte carbone (extraction, transport, mise en œuvre).
2.Coûts comparatifs:
- Prix des granulats (local vs. importé).
- Impact économique pour les régions volcaniques.
3.Étude de cas :
- Application dans une région volcanique (ex : île de La Réunion).
Conclusion Générale
1.Synthèse des résultats:
- Le gravier roulé offre une meilleure résistance mécanique, mais le lapilli présente des avantages écologiques et économiques en contexte local.
2.Contributions:
- Données techniques pour guider le choix des granulats.
- Pistes pour une construction durable en zones volcaniques.
3.Perspectives:
- Étendre l’étude à d’autres granulats volcaniques (pouzzolane, scories).
- Intégration de capteurs IoT
Hypothèses
Hypothèses de Travail :
1. Le gravier roulé offre une meilleure résistance mécanique grâce à sa densité, mais son extraction est écologiquement coûteuse.
2. Le lapilli, bien que moins résistant, peut être optimisé pour des applications structurelles légères ou en milieu non agressif, avec un bilan carbone favorable. Méthodes
1. Caractérisation des Granulats
Objectif : Analyser les propriétés physiques, chimiques et mécaniques des deux types de granulats.
-Analyses physiques :
-Granulométrie : Tamisage selon la norme NF EN 933-1 pour déterminer la répartition des tailles de grains.
-Forme des grains: Indice de forme (rapport longueur/largeur) via analyse d’images (logiciel ImageJ).
-Porosité : Porosimètre à mercure ou test de saturation en eau (NF P18-459).
- Masse volumique : Mesure selon NF EN 1097-6.
-Analyses chimiques:
-Composition minéralogique: Diffraction des rayons X (DRX) ou microscopie électronique à balayage (MEB).
-Réactivité aux alcalis : Essai accéléré (norme ASTM C1260) pour détecter les risques de gonflement.
- Résistance mécanique des granulats:
-Essai Los Angeles (NF EN 1097-2) : Évaluer la résistance à la fragmentation.
-Essai Micro-Deval (NF EN 1097-1) : Mesurer la résistance à l’usure par frottement.
2. Formulation des Bétons
Objectif: Préparer des mélanges de béton comparables avec substitution des granulats.
- Dosage de référence:
- Composition standard(exemple) :
- Ciment : 350 kg/m³ (CEM I 52.5 N).
- Eau : Rapport E/C = 0,5.
- Sable : 700 kg/m³ (0/4 mm).
- Granulat : 1 100 kg/m³ (roulé ou lapilli, 4/12 mm).
- Adjuvants : Superplastifiant (1 % poids de ciment) pour ajuster l’ouvrabilité.
- Séries expérimentales :
- Série 1 : Béton à 100 % gravier roulé.
- Série 2 : Béton à 100 % gravier lapilli.
- Série 3 : Béton témoin à gravier concassé anguleux (pour référence).
- Contrôle de l’ouvrabilité:
- Essai d’affaissement au cône d’Abrams (NF EN 12350-2) pour ajuster la quantité d’eau.
3. Essais Mécaniques sur Béton Durci
Objectif: Comparer la résistance et le comportement mécanique des bétons.
-Résistance à la compression:
- Norme: NF EN 12390-3.
- Échantillons: Cubes ou cylindres (ex : 16x32 cm).
- Périodes de cure: 7, 14, 28 jours.
- Résistance à la traction par fendage :
-Norme: NF EN 12390-6.
- Mesure de la résistance indirecte en traction.
-Flexion:
-Essai trois points sur poutres (NF EN 12390-5) pour évaluer la résistance à la flexion et module de rupture.
-Module d’élasticité:
- Mesure selon NF EN 12390-13 pour comprendre la déformation sous charge.
4. Essais de Durabilité
Objectif : Évaluer la résistance à long terme des bétons dans des conditions agressives.
-Résistance au gel-dégel :
- Norme: NF EN 12390-9.
- Protocole : 50 cycles de gel (-18°C) et dégel (+20°C).
-Mesures: Perte de masse, variation de résistance, observation des microfissures (MEB).
- Perméabilité aux chlorures:
-Essai de migration accélérée (NT BUILD 492) pour simuler l’exposition en milieu marin.
-Mesure: Profondeur de pénétration des ions Cl⁻.
-Carbonatation :
- Exposition des éprouvettes à un taux de CO₂ élevé (3 %) pendant 28 jours.
- Mesure de la profondeur de carbonatation via phénolphthaléine.
Bibliographie
Dans le cours de:
- physique et technologie du beton
Directeur & Encadreur
Directeur: MUHINDO Abdias WA MUHINDO
Encadreur: BAHATI Yvan KAHASHI
Status
Décision ou observation:
Feu vert:
Déposé : NON
Défendu: NON
Finalisé: NON
Évaluation comparative de la résistance mécanique du béton à base de gravier roulé et de gravier lapilli
Résumé
Auteur : SHUKURU LWABOSHI
Niveau: G3
Département: Genie civil
Année Ac: 2024-2025 , | 2025-03-13 12:26:55
Mots clés
Béton, roulé, lapilliIntérêt
1. Intérêt Scientifique et Technique
-Compréhension des mécanismes d’adhérence:
- Analyser comment la texture (lisse vs. poreuse) et la forme (arrondie vs. irrégulière) des granulats influencent l’adhérence à la matrice cimentaire.
- Contribuer à la modélisation des interfaces granulat-pâte de ciment, un enjeu clé en science des matériaux.
-Optimisation des formulations béton :
- Identifier des combinaisons optimales (ex : mélange gravier roulé + lapilli) pour équilibrer résistance, durabilité et coût.
- Explorer l’ajout d’adjuvants(fibres, nano-silice) pour compenser les faiblesses du lapilli.
-Nouveaux savoirs sur les granulats volcaniques :
- Peu d’études existent sur le lapilli comme granulat dans le béton. Ce sujet comble un manque de connaissances, notamment sur sa résistance à long terme en milieu humide ou corrosif.
2. Intérêt Environnemental
- Réduction de l’empreinte carbone:
- Promouvoir l’utilisation de granulats locaux (ex : lapilli en zones volcaniques) pour limiter le transport de matériaux, responsable de 10 à 30 % des émissions CO₂ des chantiers.
- Alternative écologique à l’extraction de gravier roulé, qui perturbe les écosystèmes aquatiques(rivières, lits de cours d’eau).
-Économie circulaire:
- Valoriser une ressource naturelle sous-utilisée (lapilli) dans les régions volcaniques (ex : Réunion, Islande, Italie), réduisant la dépendance aux granulats importés.
3. Intérêt Économique
-Réduction des coûts de construction:
- En zones volcaniques, le lapilli est souvent abondant et peu coûteux à extraire. Son utilisation pourrait baisser le prix des bétons locaux.
- Diminuer les frais logistiques liés à l’importation de gravier roulé dans les régions éloignées des cours d’eau.
-Développement local :
- Créer des filières industrielles autour de l’exploitation du lapilli (carrières, traitement), générant des emplois dans les régions concernées.
Problématique
1.Performance mécanique:
- Les graviers roulés, lisses et arrondis, offrent une faible adhérence à la matrice cimentaire, ce qui pourrait réduire la résistance du béton.
- Les graviers lapilli, poreux et anguleux, pourraient fragiliser la structure en créant des points de faiblesse, mais leur rugosité pourrait améliorer l’interaction avec le ciment.
- Question sous-jacente: Lequel de ces granulats permet d’atteindre les meilleures performances en compression, traction et durabilité ?
2.Contexte géographique et disponibilité :
- Le gravier roulé est souvent importé en zones éloignées des cours d’eau, augmentant les coûts logistiques.
- Le lapilli, abondant dans les régions volcaniques (ex : Réunion, Islande), représente une ressource locale sous-exploitée.
-Question sous-jacente: Dans quelles régions et pour quelles applications le lapilli pourrait-il remplacer avantageusement le gravier roulé malgré ses éventuelles limites mécaniques ?
3.Impact environnemental:
- L’extraction de gravier roulé perturbe les écosystèmes aquatiques, tandis que l’exploitation du lapilli, local, réduit l’empreinte carbone liée au transport.
-Question sous-jacente : Un béton à base de lapilli, moins résistant mais écologique, peut-il être justifié dans une logique d’économie circulaire, notamment en zones volcaniques ?
Plan provisoire
Introduction Générale1.Contexte et justification:
- Importance des granulats dans le béton (70 % du volume).
- Enjeux environnementaux liés à l’extraction des granulats (impact sur les écosystèmes, empreinte carbone).
- Intérêt des granulats locaux (ex : lapilli en zones volcaniques) pour une construction durable.
2.Problématique:
- Comment les propriétés des granulats roulés et lapilli influencent-ils la résistance mécanique et la durabilité du béton ? Quels compromis entre performance et durabilité environnementale ?
3. Objectifs:
- Comparer la résistance mécanique et la durabilité des bétons à gravier roulé et lapilli.
- Proposer des solutions pour optimiser l’utilisation du lapilli dans des contextes spécifiques.
4.Originalité du sujet :
- Peu d’études comparant ces deux granulats.
- Approche interdisciplinaire (géologie, génie civil, écoconstruction).
Chapitre 1 : Revue de la Littérature
1.Les granulats dans le béton :
- Rôle des granulats (résistance, durabilité, ouvrabilité).
- Normes et spécifications (EN 12620, EN 206).
2.Propriétés des graviers roulés :
- Origine (rivières, plages), forme arrondie, faible adhérence.
- Avantages et limites (performance mécanique vs. impact écologique).
3.Propriétés des graviers lapilli:
- Origine volcanique (ex : basalte, andésite), porosité, légèreté.
- Utilisations actuelles et potentiel inexploité.
4.Travaux antérieurs:
- Études sur les granulats alternatifs (recyclés, biosourcés).
- Lacunes dans la littérature concernant le lapilli.
Chapitre 2 : Méthodologie Expérimentale
1.Caractérisation des granulats:
- Granulométrie, forme, porosité, résistance à la fragmentation (Los Angeles).
- Composition minéralogique (DRX, MEB).
2.Formulation des bétons :
- Dosage standard (ciment, eau, sable) avec substitution des granulats.
- Séries expérimentales : béton à gravier roulé, lapilli, et témoin (concassé).
3.Essais mécaniques :
- Résistance à la compression (7, 14, 28 jours).
- Traction par fendage, flexion, module d’élasticité.
4. Essais de durabilité:
- Gel-dégel, perméabilité aux chlorures, carbonatation.
5.Analyse microstructurale :
- Microscopie électronique (MEB) des interfaces granulat-pâte.
Chapitre 3 : Résultats et Analyse
1.Résultats des essais mécaniques :
- Comparaison graphique (résistance à la compression, traction).
- Impact de la forme et de la porosité des granulats.
2.Comportement en milieu agressif :
- Performance des bétons face au gel-dégel et aux chlorures.
- Corrélation entre porosité des granulats et dégradation.
3.Analyse microstructurale :
- Observation des microfissures et zones de faiblesse.
- Adhérence gravier-pâte de ciment (roulé vs. Lapilli )
Chapitre 4 : Analyse Environnementale et Économique**
1.Analyse du Cycle de Vie (ACV) :
- Comparaison de l’empreinte carbone (extraction, transport, mise en œuvre).
2.Coûts comparatifs:
- Prix des granulats (local vs. importé).
- Impact économique pour les régions volcaniques.
3.Étude de cas :
- Application dans une région volcanique (ex : île de La Réunion).
Conclusion Générale
1.Synthèse des résultats:
- Le gravier roulé offre une meilleure résistance mécanique, mais le lapilli présente des avantages écologiques et économiques en contexte local.
2.Contributions:
- Données techniques pour guider le choix des granulats.
- Pistes pour une construction durable en zones volcaniques.
3.Perspectives:
- Étendre l’étude à d’autres granulats volcaniques (pouzzolane, scories).
- Intégration de capteurs IoT
Hypothèses
Hypothèses de Travail :1. Le gravier roulé offre une meilleure résistance mécanique grâce à sa densité, mais son extraction est écologiquement coûteuse.
2. Le lapilli, bien que moins résistant, peut être optimisé pour des applications structurelles légères ou en milieu non agressif, avec un bilan carbone favorable.
Méthodes
1. Caractérisation des GranulatsObjectif : Analyser les propriétés physiques, chimiques et mécaniques des deux types de granulats.
-Analyses physiques :
-Granulométrie : Tamisage selon la norme NF EN 933-1 pour déterminer la répartition des tailles de grains.
-Forme des grains: Indice de forme (rapport longueur/largeur) via analyse d’images (logiciel ImageJ).
-Porosité : Porosimètre à mercure ou test de saturation en eau (NF P18-459).
- Masse volumique : Mesure selon NF EN 1097-6.
-Analyses chimiques:
-Composition minéralogique: Diffraction des rayons X (DRX) ou microscopie électronique à balayage (MEB).
-Réactivité aux alcalis : Essai accéléré (norme ASTM C1260) pour détecter les risques de gonflement.
- Résistance mécanique des granulats:
-Essai Los Angeles (NF EN 1097-2) : Évaluer la résistance à la fragmentation.
-Essai Micro-Deval (NF EN 1097-1) : Mesurer la résistance à l’usure par frottement.
2. Formulation des Bétons
Objectif: Préparer des mélanges de béton comparables avec substitution des granulats.
- Dosage de référence:
- Composition standard(exemple) :
- Ciment : 350 kg/m³ (CEM I 52.5 N).
- Eau : Rapport E/C = 0,5.
- Sable : 700 kg/m³ (0/4 mm).
- Granulat : 1 100 kg/m³ (roulé ou lapilli, 4/12 mm).
- Adjuvants : Superplastifiant (1 % poids de ciment) pour ajuster l’ouvrabilité.
- Séries expérimentales :
- Série 1 : Béton à 100 % gravier roulé.
- Série 2 : Béton à 100 % gravier lapilli.
- Série 3 : Béton témoin à gravier concassé anguleux (pour référence).
- Contrôle de l’ouvrabilité:
- Essai d’affaissement au cône d’Abrams (NF EN 12350-2) pour ajuster la quantité d’eau.
3. Essais Mécaniques sur Béton Durci
Objectif: Comparer la résistance et le comportement mécanique des bétons.
-Résistance à la compression:
- Norme: NF EN 12390-3.
- Échantillons: Cubes ou cylindres (ex : 16x32 cm).
- Périodes de cure: 7, 14, 28 jours.
- Résistance à la traction par fendage :
-Norme: NF EN 12390-6.
- Mesure de la résistance indirecte en traction.
-Flexion:
-Essai trois points sur poutres (NF EN 12390-5) pour évaluer la résistance à la flexion et module de rupture.
-Module d’élasticité:
- Mesure selon NF EN 12390-13 pour comprendre la déformation sous charge.
4. Essais de Durabilité
Objectif : Évaluer la résistance à long terme des bétons dans des conditions agressives.
-Résistance au gel-dégel :
- Norme: NF EN 12390-9.
- Protocole : 50 cycles de gel (-18°C) et dégel (+20°C).
-Mesures: Perte de masse, variation de résistance, observation des microfissures (MEB).
- Perméabilité aux chlorures:
-Essai de migration accélérée (NT BUILD 492) pour simuler l’exposition en milieu marin.
-Mesure: Profondeur de pénétration des ions Cl⁻.
-Carbonatation :
- Exposition des éprouvettes à un taux de CO₂ élevé (3 %) pendant 28 jours.
- Mesure de la profondeur de carbonatation via phénolphthaléine.
Bibliographie
Dans le cours de:- physique et technologie du beton
Directeur & Encadreur
Directeur: MUHINDO Abdias WA MUHINDOEncadreur: BAHATI Yvan KAHASHI
Status
Décision ou observation:Feu vert:
Déposé : NON
Défendu: NON
Finalisé: NON