Caractérisation rhéologique, physico-mécanique et durabilité du béton de sable de dune

Abstract

L'objectif de la présente recherche vise à explorer la possibilité d'utiliser le béton de sable de dunes (BSD) comme substituant du béton ordinaire dans les constructions légèrement chargées telles que celles utilisées pour les logements, les bâtiments à usage d’habitation et les bâtiments administratifs. Dans ce sens, les propriétés rhéologiques, physico-mécaniques et la durabilité de quatre types de béton de sable de dunes fabriqués ont été étudiées dans le détail. A cet effet, une formulation de mélange d’ingrédients, adoptée après une série d’essais préliminaires, a permis l’obtention de quatre bétons de sable de dunes de résistance oscillant entre 25 et 54 MPa. Deux rapports eau/ciment ont été utilisés (E/C = 0.5 ; E/C = 0.7) pour fabriquer ces quatre types de BSD, dont deux contenaient des fillers calcaires comme substituants au sable de dunes. Les résistances à la compression et à la traction par flexion des différents BSD ont été mesurées sur éprouvettes de béton. Les mêmes BSD ont été soumis à trois températures de cure différentes (20°C, 35°C et 50°C) pour évaluer leur retrait à long terme. En complément de l'investigation expérimentale sur le retrait, une analyse numérique par éléments finis non linéaire (NLFEA), utilisant le logiciel ANSYS©, a été réalisée pour des fins de comparaisons entre le retrait obtenu expérimentalement et celui obtenu numériquement. En plus du retrait, le fluage des quatre BSD fabriqués a été évalué expérimentalement sur des poutres en béton armé soumises à des charges maintenues ; des déformations et des flèches ont été mesurées sur des poutres chargées pendant plus d’une année. La durabilité des bétons de sable de dunes fabriqués a été évaluée par les essais de perméabilité, les essais d’absorption d'eau par capillarité, et par différentes attaques chimiques, telles que le chlorure de sodium, remplacé par l’eau de mer dans ce travail, le sulfate de magnésium et l’acide sulfurique. Les résultats expérimentaux ont montré que l'incorporation de fillers calcaires combinés à un superplastifiant améliore les propriétés rhéologiques du béton de sable de dunes à l’état frais ainsi que ses propriétés mécaniques à l’état durci. Ainsi, des résistances dépassant les 50 MPa ont été obtenues en compression pendant que des valeurs avoisinant celles du béton à hautes résistance ont été obtenues en traction par flexion ; ces bétons de sable de dunes ont donné des modules d’élasticité légèrement moins que ceux du béton ordinaire à résistance équivalentes. En se basant sur la nature de la courbe contrainte-déformation des BSD fabriqués, une courbe idéalisée est proposée comme outil de calcul pour ce matériau. Ces mêmes bétons performants en résistance, en raison d’un rapport E/C réduit (0.5), de l’utilisation de superplastifiants pour compenser la perte de maniabilité, et de fillers calcaires pour densifier la structures interne du matériau, avaient des retraits et des fluages à long terme comparables à ceux du béton ordinaire. Les résultats obtenus pour le fluage des BSD ont permis de calculer un coefficient de fluage pour ce matériau, nécessaire pour l’estimation des flèches à long terme. A travers les indicateurs de durabilité considérés dans ce travail et au vue de la bonne tenue aux différentes attaques chimiques considérées dans cette investigation, à l’exception des attaques par l’acide sulfurique, les bétons de sable de dunes fabriqués dans ce travail présentent une durabilité acceptable.