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2/55 Ministère de l'Industrie, de la Poste et des

7 Télécommunications

Etude technico-économique de granulats de substitution dans les bétons hydrauliques

Etude réalisée dans le cadre des actions de Service public du BRGM 96-G-208

décembre 1996 R 39261

BRGM Plmelllll LU .E.*IcE DI U1l.li

Ministère de i'lndustrie, de la Poste et des

Etude technico-économique de granulats de substitution dans les bétons hydrauliques

Etude réalisée dans le cadre des actions de Sewice public du BRGM 96-G-208

décembre 1996 R 39261

Utilisation des granulats de substitution dans les bétons hydrauliques

Mots clés : Granulat, Béton, Coût-opératoire, Essai-laboratoire, Bibliographie.

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

BRGM (1996) - Etude technico-économique de l'utilisation des granulats dans le béton hydraulique. Rap. BRGM R 39261,33 p., 5 tabl., 1 ann.

O BRGM, 1996, ce document ne peut être reproduit en totaliti ou en partie sans l'autorisation expresse du BRGM.

Rapport BRGM R 39261


Synthèse

Dans le cadre de sa mission de Service public, le BRGM a été chargé par le ministère de l'Industrie, de l'étude techniquo-économique de l'utilisation des granulats concassés dans les bétons hydrauliques.

Cette étude a comporté, en 1996, une première phase bibliographique suivie de quelques enquêtes auprès de laboratoires et d'utilisateurs. Elle a montré que l'on savait fabriquer des bétons hydrauliques de bonne, voire très bonne qualité avec des granulats concassés, d'origine calcaire ou éruptive.

Les freins rencontrés à une généralisation de l'emploi des granulats concassés sont d'ordre financier et technique.

Financier

L'élaboration et l'utilisation de granulats concassés entraînent des frais supplémentaires lors de la fabrication des bétons (abattage à I'explosif, lavage des produits, usure plus importante des pièces métalliques, surcoût dû au transport,...).

Technique

Les principaux problèmes techniques sont dus aux teneurs en fines trop élevées dans les granulats concassés, ainsi qu'à une maniabilité moindre, due à l'angularité et à la rugosité des granulatsi

Les solutions permettant de remédier à ces différents problèmes sont connues et déjà mises en œuvre.

Rapporr BRGM R 39261


Sommaire

Introduction ..................................................................................................................... 7

. . 1 . Rappel de données statistiques ................................................................................... 9

. . 2 . Synthèse bibliographique ..................................................................................... 13

2.1. Normes ..................................................................................................................... 13

I . . 2.2. Résultats d experiences ............................................................................................. 15

3 . Visites de laboratoires de recherche et d'entreprises ............................................. 17

3.1. Obstacle fmancier ..................................................................................................... 17

................................................................................................... 3.2. Obstacle technique 18

Conclusion ...................................................................................................................... 21

. . Bibliographie .................................................................................................................. 23

. . Annnexe . Comptes rendus de visites ............................................................................. 25



Liste des tableaux

Tabl . 1 . Production de granulats naturels par nature géologique ................................. 9

.......................................................... Tabl . 2 . Consommation par nature d'ouvrages 10

............................................................ Tabl . 3 . Consommation par nature d'emplois 10

Tabl . 4 . Utilisation des différents types de granulats dans la fabrication des bétons hydrauliques ...................................................................................... 11

.............. Tabl . 5 . Utilisation des différents types de granulats en technique routière 11



Introduction

Dans le cadre de sa mission de Service public, le BRGM s'est vu confier par le ministère de l'Industrie, l'étude technico-économique de l'utilisation des granulats de substitution dans les bétons hydrauliques.

Dans son rapport de juin 1993 à Monsieur le Ministre de l'Environnement, F. Barthélémy du Conseil Général des Ponts et Chaussées propose, pour les dix ans à venir, de 1993 à 2003, une diminution significative de la production de granulats alluvionnaires, de l'ordre de 2 % par an dans le total de la production française de granulats.

Cette diminution de la production des granulats alluvionnaires devra être compensée par un développement de la production de matériaux de substitution. Ceux-ci pourront être recherchés dans deux directions :

- à partir de granulats issus du concassage de roches massives ;

- à partir de granulats issus de traitement de matériaux de démolition.

Actuellement, les bétons hydrauliques sont principalement fabriqués à partir de granulats alluvionnaires (environ 80 % des granulats entrant dans les bétons). La réduction de l'emploi de ces matériaux alluvionnaires devra donc aller de pair avec un accroissement de l'utilisation des granulats concassés.

Le but de cette étude est de faire le point sur les possibilités d'utilisation des granulats de substitution (concassage de roches massives) dans la fabrication des bétons hydrauliques.

En 1996, les travaux ont porté sur une recherche bibliographique des études déjà réalisées sur le sujet, ainsi que sur quelques enquêtes auprès de laboratoires et d'entreprises.



1. Rappel de données statistiques

Le tableau 1 permet de juger de l'importance de la production des granulats alluvionnaires par rapport à la production totale de granulats en France. Entre 1983 et 1994, soit sur une période de 10 ans, la part des granulats alluvionnaires a diminué régulièrement, au rythme de 1 % par an, en moyenne et est passée de 61,73 à 50,68 %. Parallèlement, la production de granulats concassés a augmenté, passant de 38,27 à 49,32 %.

En ce qui concerne la répartition par nature géologique des granulats concassés, on constate que l'évolution des pourcentages relatifs aux calcaires et aux éruptifs a été similaire.

Le "poids" des émptifs dans la production française de granulats concassés a évolué entre 55,66 % (année 1983) et 50 % (année 1991), mais il a toujours été, du moins depuis 1983, supérieur à celui des concassés calcaires (ceci étant dû aux travaux routiers).

Entre 1983 et 1994, le pourcentage de granulats concassés d'origine calcaire dans la production totale de granulats est passée de 16,97 à 23,71 %, soit une augmentation de 6,74 % en 10 ans. De même, et durant la même période, le pourcentage de granulats concassés d'origine émptive, dans la production totale de granulats, est passée de 20,74 à 25,61 %, soit une augmentation de 4,87 % en 10 ans. Le recours aux granulats concassés d'origine calcaire, comme matériaux de substitution aux granulats alluvionnaires a donc été plus marqué que pour les concassés éruptifs, toutes utilisations confondues.

TabL 1 - Production de granulats naturels par nature géologique. Source : Union Nationale des Producteurs de Granulats (UNPG).

Rappolt BRGM R 3926 1


La consommation de ces granulats par nature d'ouvrages est donnée dans le tableau 2.

TabL 2 - Consommation par nature d'ouvrages. Source : Union Nationale des Producteurs de Granulats ( W G ) .

On s'aperçoit que la répartition bâtiment - génie civil est demeurée stable entre 1988 et 1993, elle est de l'ordre 114 - 314 (le génie civil consommant environ 3 fois plus de granulats que le bâtiment). Entre 1981 et 1988, la consommation du secteur génie civil a augmenté de 10 %.

Pour ce qui est de la consommation par nature d'emplois, le tableau 3 en donne la répartition.

TabL 3 - Consommation par nature d'emplois. Source : Union Nationale des Producteurs de Granulats (UNPG)

Comme pour la consommation par nature d'ouvrages, la consommation par nature d'emplois, entre 1988 et 1993, est demeurée stable ; l'utilisation des granulats pour la fabrication des bétons hydrauliques (produits en béton, béton prêt à l'emploi et autres bétons) représentant environ 35 % de la production fiançaise de granulats. Par contre, entre 1981 et 1988, la part des granulats réservés à la fabrication des bétons hydrauliques a diminué de 15 %.

Pour ce qui est de l'utilisation des différents types de granulats dans la fabrication des bétons hydrauliques, la répartition en est donnée dans le tableau 4.


Utilisation d e s granulats de substitution dans les bétons hydrauliques

Tabl. 4 - Utilisation des différents fypes de granulats dans la fabrication des bétons hydrauliques.

Source : Union Nationale des Producteurs de Granulats (UNPG).

Entre 1978 et 1993, soit sur 15 ans, le pourcentage de granulats d'origine alluvionnaire utilisés pour la fabrication des bétons hydrauliques a baissé de 10,17 % (passant de 88,74 % à 78,57 %). Parallèlement, l'utilisation des granulats concassés a augmenté de 6,74 % pour ceux d'origine calcaire et de 3,43 % pour ceux de nature émptive. On peut remarquer que :

- le pourcentage d'utilisation des granulats alluvionnaires dans la fabrication des bétons hydrauliques a baissé moins vite que celui de la production de ces mêmes granulats dans la production totale de granulats (10,17 % en 15 ans contre 11,05 % en 10 ans) ;

- le pourcentage de granulats concassés de nature calcaire, dans la production totale française de granulats, a augmenté de façon équivalente à celui des granulats de nature émptive (d'environ 5 à 7 % sur 10 ans), alors qu'il a augmenté deux fois plus vite dans la fabrication des bétons hydrauliques (6,74 % contre 3,43 % en 15 ans).

Ceci signifie que, bien que devenant moins abondant sur le marché, les granulats alluvionnaires ont continué à être systématiquement employés pour la fabrication des bétons hydrauliques, et que, lorsque la substitution a été effective, la priorité a été donnée aux granulats concassés d'origine calcaire, pour différentes raisons que nous étudierons ultérieurement.

A titre indicatif, nous donnons dans le tableau 5 l'évolution des pourcentages d'utilisation des granulats alluvionnaires et concassés en technique routière.

TabL 5 - Utilisation des différents types de granulats en technique routière. Source : Union Nationale des Producteurs de Granulats (UNPG).

Alluvionnaires Roches massives

Total

Le pourcentage d'alluvionnaires, déjà inférieur à celui des concassés en 1978, est passé de 47,24 % à 35,59 % en 15 ans, soit une baisse légèrement supérieure à celle enregistrée dans la fabrication des bétons hydrauliques (10,17 % en 15 ans).

Rapport BRGM R 3926 1

1978

tonnage (Mt) 94 105 199

% 47,24 52,76

1 O0

1986

tonnage (Mt) 80 108 188

1993

% 42,55 57,45 100

tonnage (Mt) 79 143 222

% 35,59 64,41 1 O0


2. Synthèse bibliographique

On peut classer les documents traitant de l'utilisation des granulats concassés dans la fabrication des bétons hydrauliques en deux grandes catégories : ceux traitant des normes et ceux se rapportant à des résultats d'expériences.

2.1. NORMES

La norme traitant des granulats pour bétons hydrauliques porte le numéro P 18-541 et date de mai 1994. Elle fait référence à des caractéristiques normalisées portant sur les sables à béton, la granularité des granulats à béton et les fillers. Elle définit les caractéristiques physiques et mécaniques auxquelles doivent satisfaire les granulats et portant sur :

- absorption d'eau des sables et des gravillons (selon les normes P 18-554 et P 18-555). Le coefficient d'absorption d'eau est défini comme le rapport de l'augmentation de masse de l'échantillon entraînée par une imbibition partielle en eau, à la masse sèche de l'échantillon. Cette imbibition partielle est obtenue par immersion de i'échantillon dans l'eau pendant 24 h à 20°C à la pression atmosphérique. La valeur supérieure du coeff~cient d'absorption d'eau du granulat est fixée à 5 %, soit Ab 1 5 % ;

- résistance mécanique : . essai Los Angeles LA (selon la norme P 18-573) ; essai Los Angeles mesure "la résistance à la fragmentation par chocs d'un échantillon de granulats". La valeur supérieure du coefficient Los Angeles est fixée à 40, soit LA 1 4 0 ;

. essai de friabilité des sables FS (selon la norme P 18-576). La valeur supérieure est fixée à 60 soit FS < 60 ;

- coefficient d'aplatissement (selon la norme P 18-561). Le coefficient d'aplatissement A d'un lot de granulats est le pourcentage des éléments tels que G > 1,58

E G = dimension de la maille carrée minimale à travers laquelle passe i'élément, E = le plus petit écartement d'un couple de plans tangents parallèles. Ce coefficient doit être inférieur à 30 % soit A 1 30 % ;

coefficient d'homogénéité (selon la norme P 18-571). Il s'agit de déterminer i'homogénéité de la masse volumique réelle des granulats. Ce coefficient d'homogénéité H doit être 2 95 % ;

ainsi que les caractéristiques chimiques et physico-chimiques :

- impuretés prohibées. Elles concernent les débris végétaux, particules de bois, de charbon ou résidus divers (coke, mâchefer, etc.). Le pourcentage de ces impuretés (par rapport à la masse) doit être 1 0,l %. De plus, certaines impuretés comme les hydrocarbures, les huiles végétales, etc. sont proscrites ;



- sensibilité au gel (selon la norme P 18-593). Par définition, on appelle sensibilité au gel G d'un granulat la diminution relative du coefficient Los Angeles exprimée en

pourcentage G = 100 LA, -LA LA

LA : coefficient Los Angeles obtenu sur le matériau intact,

LA, : coefficient Los Angeles obtenu sur le matériau ayant subi l'action du gel (25 cycles gel-dégel). Ce coefficient doit être inférieur à 50 soit G 1 50 % ;

- comportement aux réactions alcali-silice (selon le fascicule de documentation P 18- 542). Ces essais normalisés traitent des possibles réactions de certaines variétés de silice contenue dans les granulats avec les alcalins du ciment (les réactions se matérialisant par des gonflements du béton). Les granulats seront classés en non- réactifs, en potentiellement réactifs ou en potentiellement réactifs avec effet de pessimum ;

- propreté des fillers (selon la norme P 18-592). Cette norme mesure la propreté des fillers par l'essai au bleu de méthylène (capacité des éléments fins d'un sable à adsorber du bleu de méthylène). On appele "valeur au bleu" des fines, la quantité de bleu de méthylène adsorbée par 100 g de fines. Celle-ci VBta doit être I 1 ;

- propreté des sables (selon la norme P 18-598). Cette norme mesure la propreté d'un sable par la détermination de son équivalent de sable : rapport volumétrique entre les éléments dits sableux et les éléments fins. Les valeurs doivent être 2 75 (mesure à vue) ou 2 70 (mesure au piston). Pour des sables concassés, elles sont ramenées à 65 et 60 ;

-propreté des gravillons (selon la norme P 18- 591). Cette propreté est définie comme le pourcentage pondéral des particules inférieures à 0,5 mm mélangées ou adhérentes à la surface des granulats supérieurs à 2 mm. Cette valeur P doit être 1,5 % ;

- teneur en sulfates et sulfures des granulats (selon les normes P 18-582 et EN 196-2). La teneur en soufre total exprimé en soufre S doit être S I 0,4 % (soit exprimée en SO, a 1 %);

- matières organiques dans les sables (selon les normes P 18-586 et EN 196-1). La mise en évidence de matières organiques est faite par colorimétrie. Une solution de soude se colore en présence de certaines matières organiques, la coloration obtenue doit être moins foncée que celle d'une solution témoin ;

- teneur en chlorures solubles dans les granulats (selon la nome P 18-583). Le fournisseur de granulats doit communiquer la teneur en ions chlorures lorsque celle-ci dépasse 0,06 % ;

- teneur en éléments coquilliers des gravillons. Pour des granulats d/D (où d 2 4 mm), la teneur en éléments coquilliers déterminée par tri manuel et exprimée en masse est fixée à 10, soit SC < 10 %.

A cette norme, est jointe une annexe portant sur des exigences complémentaires relatives à des bétons particuliers :



- exigences complémentaires ou particulières requises pour les granulats destinés aux bétons pour ouvrages d'art de résistance caractéristique supérieure ou égale à 36 MPa et aux bétons de bâtiment de résistance caractéristique supérieur à 60 MPa ;

- exigences particulières requises pour les granulats destinés aux bétons soumis à des environnements agressifs ;

- exigences particulières pouvant être requises pour les granulats destinés aux bétons de chaussées en fonction des trafics et des modes d'exécution ;

- exigences particulières pour les bétons apparents ou devant subir une mise en peinture à l'état brut de décoffrage.

On remarque que cette norme est indépendante de l'origine des granulats, ce qui veut d i e que, du moment que les prescriptions sont respectées, tout granulat (alluvionnaire, concassé calcaire ou éruptif) peut être utilisé à la fabrication de bétons hydrauliques.

2.2. RESULTATS D'EXPERIENCES

Un grand nombre d'études ont été entreprises sur les possibilités de réalisation de bétons hydrauliques à partir de granulats concassés. Traditionnellement, les granulats alluvionnaires roulés étaient préférés aux concassés à cause d'une meilleure maniabilité et d'un prix de revient plus bas (le prix de vente étant le plus souvent identique). Cependant, devant les difficultés de plus en plus grandes pour ouvrir de nouvelles exploitations de granulats alluvionnaires (diff~cultés liées à la protection de l'environnement), le prix de revient de ces derniers devrait avoir tendance à rattraper le prix de revient des concassés. Quant au problème de maniabilité, parfois appelé coulabilité ou pompabilité, celui-ci a été résolu par l'adjonction d'adjuvants de type fluidifiant ou super-fluidifiant.

En plus des caractéristiques propres aux granulats, une donnée fondamentale est la résistance mécanique du béton produit. Si l'on recherche des granulats ayant de bonnes caractéristiques mécaniques et produisant des bétons de résistance mécanique élevée, toutes les roches massives, dures pourront convenir. Des études ont même montré que des calcaires moyennement durs ou tendres pouvaient être utilisés comme granulats dans les bétons (différentes études Taxe Parafiscale sur les Granulats ; Coquillat, Delfau et Lesage - 1984 ; etc.).

Des essais de résitance à la compression simple, réalisés sur des éprouvettes de béton avec des granulats concassés durs, ont montré que la cassure se faisait au niveau du contact granulat-ciment ; la résistance du béton dépendant beaucoup plus de la qualité des liaisons granulat-ciment que des qualités intrinsèques des ganulats (Arquier - 1980).

Une expérience réalisée au Maroc, pour la construction de la cimenterie de Safi permet d'illustrer cette constatation. Les seuls granulats produits à Safi et dans ses environs sont


Utilisation des granulats de subst;tution dans les bétons hydrauliques

des concassés d'origine calcaire ; il s'agit en réalité d'une calcarénite tendre à moyennement dure. Les granulats alluvionnaires, réputés de très bonne qualité, devaient être recherchés dans les alluvions de l'oued Tensift, situé à plus de 80 km du chantier. Des essais, réalisés au LPEE sur des éprouvettes de bétons confectionnés avec des granulats du Tensift et des concassés de calcarénite, ont montré que les résistances à la compression simple les plus élevées étaient obtenues avec les granulats concassés. Un examen microscopique, au niveau de la cassure montrait que dans le cas des granulats alluvionnaires, cette cassure passait le long des graviers, alors que dans le cas des concassés de calcarénite elle passait à travers.

En ce qui concerne les problèmes liés à l'angularité des granulats concassés, ils sont de deux ordres apparemment contradictoires. Des granulats anguleux amélioreront la résistance mécanique du béton mais seront moins "maniables" que des granulats arrondis. Cette notion de maniabilité est très importante, en particulier dans le cas du béton prêt à l'emploi, car elle impose l'utilisation de plastifiants (préférable à un ajout important d'eau néfaste aux performances des bétons).

Une caractéristique importante des sables est leur module de finesse MF. Celui-ci est égal au centième de la somme des refus cumulés aux tamis 0,16 mm, 0,315 mm, 0,63 mm, 1,25 mm, 2,5 mm et 5 mm. Les valeurs de MF doivent être comprise entre 1,s et 3,2. La valeur du module de finesse va avoir une conséquence sur la maniabilité des bétons. Des études réalisées, il ressort qu'une valeur moyenne du module de finesse de 2,5 f 0,3 serait satisfaisant pour les qualités essentielles du béton : maniabilité, résistance et imperméabilité. Pour améliorer la maniabilité du béton, mais au détriment de la résistance, il sera conseillé de choisir un module de finesse inférieur, jusqu'à 1,s. A contrario, un module de finesse élevé allant jusqu'à 3,2 permettra d'améliorer la résistance des bétons, mais la maniabilité deviendra mauvaise et des risques de ségrégation seront à craindre.

Enfin, nous rappellerons que parmi les ouvrages prestigieux récents réalisés avec des granulats concassés d'origine calcaire, on peut citer le tunnel sous la Manche (1 00 %) et la Grande Mosquée Hassan II à Casablanca (seule une partie des sables utilisée est constituée de sable de mer). Quant au pont de Normandie, il a été réalisé à partir de granulats concassés d'origine alluvionnaire.



3. Visites de laboratoires de recherche et d'entreprises

Dans le cadre de cette étude, nous avons interrogé les experts "granulats à béton" du CEBTP et du LCPC. A f i de compléter les informations obtenues, nous avons rencontré le responsable qualité de la société Redland, société produisant des granulats alluvionnaires mais également des concassés calcaires ou éruptifs et les utilisant dans de nombreuses centrales à béton. Les procès-verbaux de visite sont donnés en annexe.

En résumé, on constate que l'emploi des granulats concassés se heurte à deux obstacles, l'un financier, l'autre technique.

3.1. OBSTACLE FINANCIER

L'incidence financière se situe à deux niveaux : lors de l'élaboration des granulats et en second lieu, au moment de la fabrication du béton.

L'exploitation d'un gisement de roches massives (calcaires ou éruptives) impose, dans la majorité des cas, des techniques d'abattage mettant en œuvre des travaux de foration avec emploi d'explosifs. L'élaboration des granulats nécessitera l'utilisation systématique de concasseurs, broyeurs, cribles, ... alors que dans de nombreux cas, les granulats alluvionnaires ne seront que criblés. Pour une utilisation dans les bétons, les granulats concassés devront être lavés (afin de respecter les normes sur les teneurs en fines). L'eau nécessaire au lavage sera souvent plus difficile à trouver pour un gisement de roche massive que pour un gisement alluvionnaire ; elle sera donc plus chère.

Le prix de revient de l'élaboration des granulats concassés sera donc supérieur à celui des granulats alluvionnaires. Toutefois, cela est partiellement compensé par les "frais d'accès au gisement" : achat des terrains ou contrat de fortage. Les autorisations d'exploiter des gisements alluvionnaires devenant de plus en plus difficiles à obtenir, l'accès aux quelques gisements exploitables va se monnayer de plus en plus cher, ce qui aura une répercussion sur le prix des granulats alluvionnaires

Au niveau de la fabrication du béton, l'utilisation de granulats concassés provoque une usure plus grande du matériel (pompes, malaxeurs, ...) et nécessite un temps de malaxage plus long.

Un troisième niveau peut être rajouté, se situant entre les deux précédents, concernant le transport. Les principaux centres consommateurs correspondent aux grandes agglomérations : Paris, Lyon, Marseille, Bordeaux, Strasbourg, ... et se trouvent tous situés le long de vallées dans lesquelles se trouvent les gisements alluvionnaires



exploités. Les gisements de roches massives utilisés pour la fabrication de granulats concassés sont situés sur les plateaux, à des distances plus importantes des centres urbains que les gisements alluvionnaires. Cet éloignement des zones de production des zones de consommation aura une influence sur les prix de vente livré des granulats concassés.

3.2. OBSTACLE TECHNIQUE

Tous nos interlocuteurs nous ont a f f m é que l'on savait faire de très bons bétons avec des granulats concassés. Les exemples rappelés ci-dessus le confirment. Toutefois, les spécificités propres aux granulats concassés imposent quelques aménagements aux procédés de fabrication et de mise en œuvre. Les principaux "problèmes" techniques rencontrés, et pour lesquels il existe des solutions, concernent essentiellement la teneur en fines de sables, la maniabilité, la résistance et l'aspect final du béton.

Comme nous avons vu précédemment, si la défillérisation d'un sable a pour conséquence de diminuer la maniabilité d'un béton, par contre elle augmentera sa résistance mécanique. En modifiant le module de finesse d'un sable, il sera donc possible de privilégier certaines caractéristiques des bétons.

La forme anguleuse des granulats concassés induit un coefficient de frottement interne plus important que pour des sables roulés. Les mesures normalisées des vitesses d'écoulement montrent, qu'à granulomébie égale, celles-ci sont nettement plus lentes dans le cas des granulats concassés (40 secondes au lieu de 20-22 secondes). Pour y remédier, deux techniques sont employées : l'ajout, au moment de la fabrication du béton, de fluidifiants ou de super-fluidifiants ou un traitement mécanique permettant de briser les angles ou les arêtes vives. Ce traitement nécessite le passage des granulats dans un broyeur supplémentaire (broyeur à axe vertical, à cage fermée et à piège à pierres).

L'utilisation de granulats concassés, sans précaution particulière, peut générer des problèmes de bullage ou des défauts d'aspect au niveau des parements, après décoffrage. L'emploi de fluidifiant permet de s'affranchir de tels problèmes.

Le concassage des roches calcaires génère un pourcentage important de fines (< 0,08 mm), souvent supérieur aux normes en vigueur (5 12 % I 3 %). Pour y remédier, deux techniques sont disponibles.

La première consiste à défillériser les sables. Le fait de diminuer la teneur en fines d'un sable aura pour première conséquence d'augmenter la part relative des autres classes granulaires, ce qui conduira à une augmentation du module de finesse. On a vu précédemment qu'un module de finesse compris entre 3 et 3,2 contrariait fortement la maniabilité des bétons. La défillérisation d'un sable aura donc comme conséquence, entre autres, de diminuer la maniabilité d'un béton.



Si la teneur en fines d'un sable est élevée, parallèlement le dosage en eau nécessaire à la fabrication des bétons, va augmenter, ce qui risque, si certaines précautions ne sont pas prises, de faire chuter les résistances mécaniques des bétons obtenus.

La seconde méthode consiste à adjoindre aux sables de concassage des sables alluvionnaires pauvres ou exempts de fines ce qui permet d'obtenir un sable conforme aux normes, en particulier au niveau du module de finesse, mais qui nécessitera davantage d'eau qu'un sable 100 % alluvionnaire pour la fabrication d'un béton de mêmes caractéristiques. Cette technique du "sable mixte" est actuellement très utilisée, aussi bien pour les sables calcaires que pour ceux d'origine éruptive.



Conclusion

A ce niveau de l'étude, on peut &mer que rien ne s'oppose techniquement à l'utilisation, totale ou partielle, de granulats concassés, calcaires ou éruptifs, pour la fabrication des bétons hydrauliques. Les principaux freins sont liés à des problèmes de coûts ou d'habitude, et très peu à des problèmes techniques.

Les prix de revient des granulats alluvionnaires ne pouvant qu'augmenter, du fait de l'accès de plus en plus difficile aux gisements, les granulats concassés deviendront rapidement compétitifs. Ceci revient à d i e que cette substitution ne se fera pas sans une augmentation des prix de vente, dans des conditions de stabilité de marché.

Au niveau des habitudes, les grands groupes (carriers ou BPE) se sont mis, depuis longtemps, à la production et à l'utilisation de granulats concassés, ils sont prêts à ce transfert. La disparition des exploitations de granulats alluvionnaires entraînera la cessation d'activité d'un grand nombre de très petites entreprises qui n'auront pas les capacités techniques et financières pour se recycler dans l'exploitation de roches massives. Bien que très nombreuses, ces petites entreprises ne produisent que de faibles quantités de granulats mais font vivre un nombre non négligeable de personnes.

Si l'on connaît les solutions aux divers problèmes techniques générés par l'emploi des granulats concassés, il sera nécessaire de les vulgariser auprès de tous les acteurs concernés (information, journées de sensibilisation, de démonstration,...).



Bibliographie

Opérations Taxe Paraf~scale sur les Granulats :

- 010-EG-036 - Granulats calcaires pour bétons hydrauliques : étude bibliographique.

- 029-EG-067 - Recherche pour le développement de l'emploi des granulats calcaires dans les bétons hydrauliques.

- 052-EG-119 - Synthèse des connaissances sur les bétons de sable.

- 052-EG-121 - Point des connaissances sur les bétons de calcaire.

- 052-EG-124 - Evaluation de l'aptitude d'un sable issu du concassage de roches massives siliceuses ou silicatées à entrer dans la constitution de bétons hydrauliques.

- 052-EG-125 - Valorisation et plein emploi des matériaux calcaires.

- 060-025-013 -Valorisation optimale de la production des granulats par connaissance de leur domaine d'emploi en Franche-Comté.

- 047-034-005 - Réemploi des sous-produits de carrières dans le département de l'Hérault.

- 023-059-009 - Etude de valorisation des déchets résultant des exploitations de carrières.

- 049-037-014 - Etude sur les possibilités d'utilisation des matériaux de substitution en Indre-et-Loire.

Colloque de clôture MATERLOC-Calcaires - 23 et 24 novembre 1995.

Arquie G. et al. (1980) - Granulats. Editions Anciens ENPC, septembre 1980.

Bertrandy R., Coquillat G., Giordano R. (1993) - Valorisation de l'emploi des granulats calcaires dans les bétons hydrauliques. Industrie Minérale - Mines et Carrières, Vol. 75, août-septembre 1993.

Coquillat G., Delfau M., Lesage R. (1984) - Possibilités d'emploi des calcaires de dureté moyenne à faible dans les bétons. Granulats - ler Symposium International, Nice - 21-23 mai 1984.



Coquillat G., Maquaire 0. (1993) - Emploi des matériaux locaux dans les bétons hydrauliques. Etude sur la Région Centre - CEBTP - IREX -1992.

Laval M. (1995) - Aptitude des granulats à la fabrication des bétons hydrauliques : étude bibliographique - BRGM - DEPPEAICMI/NT/95/033.

Lesage R., Le Roux A., Memen P. (1988) - Possibilité d'emploi des sables issus des roches calcaires tendres dans les bétons. Industrie Minérale - Mines et Carrières, Vol.68, juillet 1986.



ANNEXE

Comptes rendus de visites

Rapporî BRGM R 39267


Compte rendu de visite au CEBTP - M. COQUILLAT

(30 octobre 1996) -

Présents :

MM. Coquillat Guy Chef du Service Matériaux de Construction CEBTP Gaboriau Hervé BRGM Mouron Rémi BRGM

Cette visite a été réalisée dans le cadre de la fiche Service public relative à l'utilisation des granulats concassés dans les bétons hydrauliques. M. Coquillat nous a fait part d'une étude du CEBTP, dans la région Centre, sur financement IREX, étudiant les principaux obstacles à l'emploi des concassés dans les bétons hydrauliques (1993-1994). La conclusion de cette étude est que ces obstacles sont de deux ordres : technique et financier. L'obstacle technique est peu pénalisant, mais il n'en est pas de même pour l'obstacle fmancier (qu'il s'agisse du prix des matériaux ou des coûts de maintenance des pièces mobiles des outils de production). De plus, si la plus grande partie de la production française de granulats est assurée par de grands groupes qui pourront, sans problème, passer des alluvionnaires aux concassés (étant déjà présents dans ces deux types d'exploitation), il n'en est pas de même pour la majorité des autres carriers. Ces derniers, représentant la plus grande partie des 3 000 carriers, environ, recensés en France, seront financièrement incapables d'évoluer vers de nouvelles techniques de production.

Les granulats concassés appartiennent à deux catégories : concassés calcaires et concassés éruptifs.

Concassés calcaires

Il existe des formulations de bétons hydrauliques tout calcaire. De tels bétons sont d'un emploi courant dans certaines régions de France, principalement dans le Sud.

Le principal problème rencontré est celui lié à la teneur en fines des sables (fraction granulométrique < 80 pm), même si l'expérience a montré que la présence de fines, dans certaines limites, pouvait améliorer les caractéristiques mécaniques des bétons. De plus, en raison de leur nature calcaire, ces granulats produisent de nouvelles fines lors de leur mise oeuvre, ce qui rend encore plus délicate leur utilisation. On peut rappeler le schéma classique : une augmentation de la teneur en fines des sables nécessite une quantité d'eau supérieure et entraîne une diminution des performances des bétons.



Les carriers produisant des granulats calcaires concassés et vendant leurs produits aussi bien pour la route que pour les bétons se heurtent à un dilemme : les sables utilisés p o u le béton doivent être propres, donc le plus souvent lavés (teneur en fines < 80pm de moins de 12 % i 3) alors que les routiers recherchent des sables non lavés. Ils produisent alors un sable intermédiaire tolérable pour l'une ou l'autre utilisation (teneurs en fines < 80 pm de l'ordre de 12 à 15 96).

Concassés éruptifs

En ce qui concerne les granulats concassés d'origine émptive, les problèmes techniques rencontrés sont beaucoup plus nombreux. Les principaux sont liés à la dureté de la roche ce qui a des incidences sur l'angularité des sables et gravillons ainsi que sur l'usure du matériel (en particulier au niveau du matériel des centrales à béton). Il est possible de produire des sables "arrondis" mais à des prix élevés.

On sait produire des bétons à très haute performance à partir de granulats d'éruptifs concassés (exemples en Bretagne, dans le Centre de la France,...). Actuellement, la tendance est à l'emploi de sables "mixtes", c'est-à-dire constitués d'un mélange d'alluvionnaires roulés et de concassés d'émptifs dans des proportions 50150. A Limoges, les sables mixtes utilisés sont constitués, pour ce qui concerne les granulats alluvionnaires, de sables de Loire venant de 200 km. A terme, il est logique de penser qu'il ne sera employé que des granulats concassés.

Toutefois, les enduits et les mortiers de jointoiement seront difficilement réalisables à partir de granulats concassés, sans formation spécifique préalable. Il suffit de se rendre dans les carrières produisant des concassés pour constater les excédents de sables, ceux- ci étant commercialisés pour la route mais pas pour les bétons.

Un autre problème à prendre en compte concerne les risques d'alcali-réaction plus importants pour les concassés que pour les alluvionnaires.

A titre d'information, on peut rappeler que la répartition des différentes utilisations des bétons est la suivante :

- 30 % fait directement sur chantier ;

- 15 % entrant dans les préfabriqués ;

- 40 % sous forme de BPE ;

- 15 % utilisation inconnue (particuliers, ...).

Problèmes liés aux normes

La norme P 18-541 de mai 1994 traite des granulats pour bétons hydrauliques, c'est-à- dire "qu'elle définit les spécifications que doivent satisfaire les granulats destinés à la confection de bétons hydrauliques". Les matériaux testés satisfaisant ou non à ces spécifications seront soit acceptés soit refusés. Une nouvelle norme, actuellement en

28 Rapport BRGM R 39267

Utilisation des granulats de subst;tution dans les bétons hydrauliques

cours d'élaboration, définira trois classes pour chacun des différents essais. Par exemple, en ce qui concerne la teneur en fmes < 80 Pm, les 3 classes possibles seront fonction de valeurs trouvées : < 12 % - entre 12 et 18 % et > 18 %. Chaque granulat testé appartiendra donc à une classe donnée conformément à une norme.

Les nouvelles normes granulats, au nombre de huit (2 générales et 6 spécifiques), sont en cours d'achèvement. Les 2 générales et les 5 règles spécifiques traitant des routes sont prêtes. La sème, traitant des bétons hydrauliques et définissant les classes comme indiqué ci-dessus, est en cours d'achèvement.

Recommandations

Pour développer l'emploi des granulats concassés dans les bétons hydrauliques, il sera nécessaire de procéder à des démonstrations associant tous les stades de fabrication et de mise en oeuvre. Il faudra, de plus, s'assurer de l'application des réglementations.



Compte rendu de visite au LCPC - M. LE ROUX

(12 novembre 1996) -

Présents :

MM. LeRoux André LCPC Gaboriau Hervé BRGM Mouron Rémi BRGM

Cette visite a été réalisée dans le cadre de la fiche Service public relative à l'utilisation des granulats concassés dans les bétons hydrauliques. M. Le Roux nous a surtout parlé des résultats d'une étude, réalisée dans le cadre d'une thèse, et portant sur les bétons de démolition. Cette thèse, dont la soutenance aura lieu en janvier 1997, aura également un volet technico-économique. Le principal problème posé était le dosage rapide des sulfates. L'étude méthodologique est terminée, une norme a été préparée et devrait être publiée en début d'année prochaine. Une autre partie de i'étude consistait en la détermination de seuils selon les domaines d'application. Cette partie est également achevée, non publiée ; elle sera rendue publique après la soutenance de la thèse.

En ce qui concerne les bétons hydrauliques, M. Le Roux nous a conseillé de nous adresser au groupe béton du LCPC (M. François De Larrard).

Toutefois M. Le Roux nous a signalé que le principal problème rencontré dans l'utilisation de granulats concassés est lié aux risques d'alcali-réaction. En effet, des expériences réalisées sur des silex de Loire (région de Sully), non utilisables sans concassage préalable, ont montré que les risques augmentaient avec le concassage (cela étant dû à l'accroissement des surfaces spécifiques et à la forme sous laquelle se trouvait la silice)



Compte rendu de visite à la société REDLAND

(13 novembre 1996) -

Présents :

MM. Guillo Gérard Redland - Directeur Qualité Dallas Serge Redland Gaboriau Hervé BRGM Mouron Rémi BRGM

Cette visite a été réalisée dans le cadre de la fiche Service public relative à l'utilisation des granulats concassés dans les bétons hydrauliques. La société Redland a été visitée car elle est à la fois productrice de granulats alluvionnaires ou concassés et utilisatrice de ceux-ci dans ses centrales à béton.

Pour MM. Guillo et Dallas, l'horizon 2005 sera marqué par une baisse importante du pourcentage d'alluvionnaires dans la production de granulats, baisse liée au fait que l'exploitation des réserves autorisées sera terminée. Actuellement, ce pourcentage est de l'ordre de 50 % ; il est en baisse, depuis plusieurs années, d'environ 1 point par an. A l'opposé, le pourcentage de granulats concassés est en augmentation constante, la part des granulats d'origine éruptive devenant de plus en plus importante. L'emploi de granulats concassés est freiné par des problèmes de coût liés à la fabrication et au transport. La production d'une tonne de granulats concassés revient à environ 5-6 F plus cher que celle d'une tonne de granulats alluvionnaires, le prix de vente devant rester le même, du moins pour une utilisation dans les bétons hydrauliques. Au niveau des transports, les grands centres consommateurs, correspondants aux grandes villes, sont situés le long de vallées alluviales donc plus proches des centres producteurs de granulats alluvionnaires que de ceux produisant des concassés.

On sait faire des bétons hydrauliques avec 100 % de granulats concassés d'origine calcaire (sud de la France, par exemple) ou d'origine éruptive (est et ouest de la France). Les résultats obtenus sont tout à fait corrects, avec des Rc souvent supérieures à celles obtenues avec des granulats alluvionnaires roulés.

En ce qui concerne la mise en oeuvre de sables de concassage dans la fabrication de bétons hydrauliques, un des problèmes est lié à la maniabilité. L'expérience a montré que pour avoir une bonne maniabilité, le module de finesse ne devait pas être supérieur à 3 (sable 013 mm ayant 95 % de passant au tamis de 3,15 mm). On s'est également aperçu qu'une formulation granulométrique discontinue (sables 013 mm et gravillons

Rapport BRGM R 39261 3 1


> 6 mm avec absence de la fraction 316 mm, utilisée en préfabrication) améliorait cette maniabilité. La fabrication par concassage d'un sable 013 mm génère de 10 à 15 % de fines (< 80 pm), la norme P 18-541 de mai 1994 impose que cette teneur en fines soit 5 12 % avec une limite absolue à 15 %. Toutefois certaines sociétés (EDF, SNCF pour les lignes T.G.V.) continuent à exiger des teneurs en fines inférieures à 6 % pour la réalisation de bétons de haute performance.

Pour diminuer la teneur en fines de leurs sables afin de les rendre compatibles avec la norme, des carriers sont amenés à les défillériser, ce qui, par contre coup, augmente leur module de finesse et nuit à leur maniabilité. Afin d'éviter ces désagréments, certains carriers produisent un sable 012mm avec une défillérisation presque totale (défillérisation par voie sèche : ventilation, cyclonage ou filtration). Une autre réponse à ces problèmes consiste à adjoindre à ces sables de concassage des sables alluvionnaires. A l'inverse, des granulats alluvionnaires de la vallée du Rhône, déficitaires en sables, ont été valorisés par des ajouts de sables de concassage. Une des conséquences est que, à maniabilité égale, la fabrication des bétons exigera davantage d'eau (180 l/m3 au lieu de 160 l/m3). Le mixte utilisé était constitué de 50 % d'alluvionnaires (015) et 50 % de concassés (013). De même, une association de sables calcaires concassés et de sables alluvionnaires de la Durance a donné de bons résultats. Le basculement de l'alluvionnaire vers le concassé s'est d'abord réalisé au niveau des gravillons (mélange de gravillons roulés et concassés, puis uniquement concassés) avant de concerner les sables. Pour la Provence, par exemple, le basculement total est effectif depuis une douzaine d'années (il concerne des concassés calcaires).

Pour ce qui est des concassés éruptifs, des formules mixtes sont utilisées par Redland : amphibolites et sables marins dans I'Ouest de la France (30 % de sables d'arnphibolite 011 mm utilisés comme sables correcteurs), sables de Moselle et sables andésitiques (012 ou 013 mm) dans l'Est.

La fabrication de bétons hydrauliques réalisés en totalité avec des concassés éruptifs (100 % des gravillons et des sables) est technipuement réalisable. Elle donne de très - bons résultats mécaniques mais exige l'utilisation de plastifiant ou super-plastifiant afin d'améliorer la maniabilité et l'aspect de surface après décoffkage.

Le principal frein à la généralisation de l'emploi des concassés est la forme anguleuse de ceux-ci, ce qui induit un coefficient de frottement interne important donc un temps d'écoulement également important. Par exemple, pour un sable alluvionnaire roulé, de granulométrie 80 pm12 mm, le temps d'écoulement est de 20 à 22 secondes, alors qu'il est de l'ordre de 40 secondes pour un concassé de silex, à granulométrie égale. Il est possible de remédier à ce problème en utilisant des broyeurs adéquats, par exemple des broyeurs à axe vertical, à cage fermée et à piège à pierres (alimentation en 0140 mm et production importante de fines, pouvant atteindre 30 % de plus). Ce système fonctionne, par exemple, chez Redland, à Fougères, sur un gisement de cornéenne où ce type de broyeur a permis d'améliorer la forme des sables et gravillons pour une utilisation dans le BPE.


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Redland, qui est simultanément producteur et consommateur de granulats (centrales à béton) utilise, sans problème des granulats concassés (calcaires ou éruptifs) pour la fabrication de son BPE, à partir de formulations adaptées au type de béton recherché. M Guillo a toutefois admis, que si l'utilisation par Redland des granulats de concassage ne posait aucun problème, leur commercialisation auprès d'autres utilisateurs était beaucoup plus difficile. Ceci durera tant qu'il sera possible de trouver sur le marché, en quantité suffisante et à des prix compétitifs, des granulats alluvionnaires.


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