Projet de fin d’études
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Licence sciences et techniques
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Conclusion :
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Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis

  1. 1. Projet de fin d’études Présenté en vue de l’obtention du titre : Licence sciences et techniques Spécialité : Physico chimie des matériaux Effectué au sein de l’entreprise MENARA PREFA Sous le thème : L’INFLUENCE DE L’ORIGINE DU SABLE ET LA TAILLE DE SES GRAINS SUR LES PRODUITS FINIS Réalisé par :  BOUHARRAS FATIMA EZZAHRA  AJOUGUIM SOUKAINA Membres du jury :  Mr. ELAZHARI (Encadrant)  Mme. BELKYAL (Examinateur)  Mr. OUHABI (Examinateur) Date de soutenance : le 27 juin 2012 à 9h
  2. 2. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 2 Sommaire Titre Numéro de page Introduction………………………………………………………………………….. Chapitre I : Présentation de Ménara préfa………………………………………….. I Historique du groupe Ménara holding…………………………………………….. II Introduction……………………………………………………………………… III Les unités de production………………………………………………………… III-1 Unité 1……………………………………………………………… III-2 Unité 2……………………………………………………………… III-3 Unité 3……………………………………………………………… III-4 Unité 4 et 7………………………………………………………… III-5 Unité 5……………………………………………………………… III-6 Unité 6……………………………………………………………… Chapitre II : Sable, extraction et traitement………………………………………... I Définition…………………………………………………………………………. II Types de sable……………………………………………………………………. II -1 Provenance et forme……………………………………………… II-2 Composition chimique……………………………………………… II-3 Propriétés……………………………………………………………. II-4 Origines de sable……………………………………………………. II-4-1 Site de concassage et de criblage GHAR TOR………………… II-4-2 Site de concassage et de criblage BOURROUS……………….. II-4-3 Site de concassage et de criblage SOUIHLA…………………... II-4-4 Site de concassage et de criblage TASSAOUTE………………. II-4-5 Site de concassage et de criblage FRITA (sidi aissa)………….. II-5 Extraction et traitement…………………………………………….. II-5-1 Le traitement…………………………………………………… II-5-2 Le concassage…………………………………………………. II-5-3 Le criblage (ou tamisage)………………………………………. II-5-4 Le lavage………………………………………………………. II-5-6 Le stockage…………………………………………………….. 1 2 3 3 4 4 6 6 7 9 9 11 12 12 12 12 13 13 14 14 15 16 16 17 19 19 19 20 21
  3. 3. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 3 II-6 Description des installations de concassage………………………… Chapitre III : Procédé de fabrication des produis à base des sables ………………. I introduction………………………………………………………………………… II Etude de la conformité du sable ………………………………………………….. II-1 L’essai de propreté du sable « équivalent de sable »……………….. II-1-1 But de l'essai ………………………………………………… II-1-2 Principe de l'essai………………………………………………. II-1-3 description du matériel…………………………………………. II-1-4 Préparation de la solution ……………………………………… II-1-5 Mode opératoire ……………………………………………….. II-1-6 Calcul de l’ES ………………………………………………….. II-2 Analyse granulométrique du sable …………………………………. II-2-1 but de l’essai …………………………………………………… II-2-2 Principe de l’essai ……………………………………………… II-2-3 Matériel nécessaire …………………………………………….. II-2-4 conduite de l’essai ……………………………………………... II-2-5 Préparation de l’échantillon…………………………………….. II-2-6 Descriptif de l’essai …………………………………………… II-2-7 Expression des résultats de la courbe granulométrique………… II-3 Module de finesse …………………………………………………... III Préparation de produit ………………………………………………………….. IV Résultats des essais effectués sur les produits fabriqués………………………... Conclusion………………………………………………………………………….. Référence…………………………………………………………………………… 21 23 24 24 24 24 24 25 26 26 29 31 31 31 31 32 33 33 35 36 37 39 41 42
  4. 4. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 4 Introduction : Le sable est un produit que l'on trouve dans différents milieux (sablière, oued, marin, concassé, etc.). Les granulats et le sable en particulier, sont à la base des matériaux de construction. La recherche pour l'amélioration des caractéristiques (mécaniques, chimiques, structurelles, etc.) est de plus en plus développée. Pour preuve, dans le domaine des sables à béton, beaucoup d'efforts de recherche ont été réalisés sur les caractéristiques des liants hydrauliques (ciments, chaux, etc.), sur l'eau de gâchage et sur les adjuvants. Les granulats, quant à eux, n'ont pas particulièrement bénéficié de cette recherche. Une nouvelle ère est arrivée : le traitement des sables. Le sable joue un rôle très important lors de la fabrication du béton, car il influence à la fois les propriétés du béton à l'état frais (rhéologie) et à l'état durci (durabilité et résistance) ; le choix des sables conditionne clairement le résultat final de la fabrication. Le but de ce travail, au sein de Ménara préfa, est d’étudier l’influence de l’origine du sable et la taille de ces grains sur les produits finis. Notre rapport comporte trois chapitres. Le premier est consacré pour la présentation de la société Ménara préfa. Le deuxième chapitre présente une étude sur les différentes origines du sable, leur extraction et leur traitement. La troisième partie traitera des travaux expérimentaux qui constituent le nœud de ce travail. Il s'agit là d'essais effectués sur le sable qui permettent d’étudier sa conformité, ainsi que des essais mécaniques effectués sur les produits finis. A la fin de ce manuscrit, nous présentons une conclusion avec les perspectives que présente ce travail.
  5. 5. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 5 Chapitre I : PRESENTATION DE MENARA PREFA
  6. 6. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 6 I Historique du groupe Ménara holding : Le groupe Ménara, voit le jour en Mars 1967 par la naissance de la société Transport Ménara avec, pour activité, le transport de marchandises à l’échelle nationale. L’évolution rapide qu’a connue cette société due à la croissance du marché du transport routier, a amené l’entreprise à diversifier ses activités et pénétrer le secteur de l’exploitation des mines, avec la création de la première unité de concassage en 1989 à Loudaya (région de Marrakech) et plus précisément à Oued N’fis. Cette nouvelle activité a bénéficié de l’acquisition de nouveaux moyens de pointes et de l’existence d’un parc de logistique qui assure le transport de matières. En 2002, s’ouvre une nouvelle page de l’histoire du groupe Ménara avec la création de Ménara préfa qui vient de complémenter la gamme des produits construction et qui est destinée à la fabrication d’agglomérés, d’éléments préfabriqués en béton et béton prêt à l’emploi. La société dispose de deux filiales, la première à El Kelaa des Sraghna et la deuxième à Beni Mellal, ainsi que des bureaux commerciaux dans de nombreuses villes du royaume. II Introduction : Depuis sa création en 2002, Ménara préfa s’est imposée rapidement comme leader incontesté du secteur BTP (Bâtiments et Travaux publiques) et des matières premières dans les régions du Haouz, du Tensift et de l’Oued Draa. Ménara Préfa détient, aujourd’hui, une expérience complète en matière de conception et de réalisation de produits préfabriqués en béton. Un savoir faire constamment renouvelé que réalisent et confirment, chaque jour, d’incontestables compétences humaines appuyées par des unités de production quotidienne allant jusqu’à 100.000 pièces pour les hourdis, 10.000 mètres pour les bordures et de trottoirs et 3.00 mètres carrés pour les pavés. Par ailleurs, Ménara préfa propose plus de 30 formes de pavés avec un grand choix de teintes et de nuances qui permettent des combinaisons diversifiées pour les aménagements extérieurs. Les presses de Ménara préfa garantissent à ses clients les plus exigeants, des produits divers et de qualité. Ses deux centrales à béton peuvent assurer une production de 230 mètres cubes par heure et disposent d’un parc logistique de transport et de mise en place de 22 camions toupies de 6 à 15 mètres cubes et de quatre pompes d’une portée de flèche allant de
  7. 7. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 7 29 à 44 mètres cubes. Les compositions du béton sont spécifiées et sont parfaitement conformes aux normes de dosage en vigueur. Les poutrelles parasismiques ou normales sont de types FRG, deuxième génération, d’une grande qualité et de flexibilité répondant aux demandes de tout type de chantiers. III Unités de productions : La production est réalisée au niveau de sept unités :  Unité 1 : OMAG  Unité 2 : LIEBHERR  Unité 3 : OTEP  Unité 4 et 7 : QUADRA  Unité 5 : STETTER A ces six unités de production s’ajoute une station de recyclage des résidus de béton : il s’agit de la station BIBKO. III-1 Unité 1 (OMAG) : C’est une presse automatique allemande de marque OMAG, installés en juillet 2003. Elle assure la production de pavés, de bordures de trottoirs et caniveaux (Figure 1). Figure 1: Unité 1
  8. 8. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 8 Le fonctionnement de cette unité est assuré par trois ordinateurs qui règlent tous les paramètres permettant d’avoir un fonctionnement optimal de la production. Cette unité a une capacité de production qui pourrait atteindre 3.000 planchers/j. Le nombre de pièces contenues dans un plancher diffère selon la surface occupée par le produit. On distingue environ 22 produits selon le tableau 1. Tableau 1 : Liste des produits de la presse OMAG et leurs dimensions Produits Finis Marque et dimension Pavés autobloquants - Mohammedia 24×12×6 -Ouarzazate 24×12×6 -Fès 24/12×24/12×6 -Tanger 20×10×6 -Safi 20×15×6 -Essaouira 12×12×6 -Marrakech P/M 6/12×12×6 -Agadir 20×20×6 -Pavés Gazon -Bordurette Rondin Rouge Bordures -Bordurette T0 07×20×100 -Bordurette T1 20×12×100 -Bordure T1 20×12×100 -Bordure T3 28×17×100 Trottoirs -Bordure T2 25×16×100 -La bordure de trottoirs « type jardinière » Caniveaux -caniveau CC1 40×12×100 -caniveau CC1 40×12×100 jaune -caniveau CC1 40×12×100 rouge
  9. 9. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 9 III-2 Unité 2 (LIEBHERR) : Figure 2: Unité 2 C’est une centrale pour béton prêt à l’emploi (BPE) mis en place par le constructeur allemand LIEBHERR en Mars 2003. Elle offre une gamme précise de bétons :  B1-B2-B3-B4-B5  Béton hydrofure  Béton teinté Sa capacité de production est de 90m3 /H. Comme pour les autres unités, le contrôle de recettes, humidité, différents paramètres des dispositifs…, est totalement automatisé (Figure 2). III-3 Unité 3 POUTRELLE PRECONTRAINTE (PAP) :
  10. 10. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 10 Figure 3: Unité 3 C’est une unité de production de poutrelle précontrainte pour plancher préfabriqué (Figure 3). Elle est constituée de :  Une centrale à béton de marque SKAKO constituée de malaxeur de 0.85m3 de béton fini, commandé par un automate qui assure toutes les opérations nécessaire à la préparation du béton.  2 pistes de poutrelles d’environ, 102 m chacune.  Une série des résistances électriques pour étuvage.  Une machine et vibreur pour faire couler le béton.  Une scie automatique pour la coupe des aciers. III-4 Unité 4 et 7 (QUADRA) : Figure 4:Unités 4 et 7
  11. 11. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 11 La première est installée en Juillet 2005, l’autre en Novembre 2008, les deux unités sont équipées d’une presse automatique française de marque QUADRA. Elle assure la production d’aggloméré (Agglos) er d’hourdis de différentes dimensions comme le montre le tableau 2 (les longueurs, largeurs et hauteur sont données en cm) (Figure 4). Tableau 2 : Les différents types d’Agglos et hourdis Articles Dimension Nominal Agglos 07 10 15 20 25 7×20×50 10×20×50 15×20×50 20×20×50 25×20×50 Hourdis 8 12 16 20 25 8×20×52 12×20×52 16×20×52 20×20×52 25×20×52
  12. 12. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 12 III-5 Unité 5 (STETTER) : Figure 5: Unité 5 Pareil à l’unité LIEBHERR, cette centrale de marque STETTER produit le BPE, mais avec une capacité bien plus supérieur de 180 m3 /H, ce qui la place comme la plus grande centrale à béton au Maroc et la cinquième de son genre au monde (Figure 5). III-6 Unité de recyclage des résidus de béton(BIBKO) : Figure 6: Unité 6 Cette unité installée en Aout 2007, est destinée au lavage des camions qui font le transport du béton prêt à l’emploi avec un procédé qui permet la filtration et le recyclage de l’eau chargée des résidus de béton (Figure 6). Cette unité est constituée essentiellement de :  Un doseur
  13. 13. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 13  Un laveur  Des vis d’extraction  Un bassin d’eau chargée et un bassin d’eau claire  Un filtre presse  Un système d’alimentation à eau
  14. 14. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 14 Chapitre II: Sable, extraction et traitement
  15. 15. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 15 I-Définition : Le sable, est un matériau granulaire constitué de petites particules provenant de la désagrégation d'autres roches dont la dimension est comprise entre 0,063 (silt) et 4 mm selon la définition des matériaux granulaires en géologie. Sa composition peut révéler jusqu'à 180 minéraux différents (quartz, micas, feldspaths) ainsi que des débris calcaires de coquillage et de corail .[1] II- Types de sable [2]: Il existe plusieurs types de sables selon leur provenance, leur forme, et leur composition chimique différente : II-1 Provenance et forme :  Les sables sédimentaires récoltés dans les lits des rivières, fleuves et torrents qui fournissent un matériau bien adapté à la fabrication de mortiers de hourdage et d'enduit. Ils offrent une meilleure régularité et une bonne maniabilité de mise en œuvre.  Les sables concassés et broyés permettent d'obtenir toutes les classes granulaires souhaitées. Cependant, leur forme moins homogène rend le malaxage plus difficile et plus long. La perte de rapidité dans la réalisation du mélange peut initier un début de prise du liant. De plus, ces sables sont plus difficilement serrables et contiennent généralement un pourcentage important de fines, éléments trop fins. II-2 Composition chimique [2]:  Le sable naturel : Il est directement extrait de carrière et se compose de silice, d’argile en forte proportion et de poussières.  Le sable silico-argileux : dit aussi synthétique par opposition aux sables naturels, est constitué d'un réfractaire (Silice) aggloméré par de l'argile activée par de l'eau. Des additifs sont ajoutés à ce sable afin d'en améliorer son comportement à la coulée.  Le sable à prise chimique : est composé de silice (pour les fontes) ou de chromite (pour les aciers), de résines (environ 1% à 2% de la masse du sable) et d'un catalyseur (5 à 60% de la masse de résine). La polymérisation des résines, déclenchée par le catalyseur permet d’assurer la cohésion entre les grains de sables. L’ajout des résines
  16. 16. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 16 et du catalyseur se fait juste avant le moulage, généralement à l'aide d'un malaxeur à vis rapide, muni de pompes doseuses qui délivre la quantité de sable préparé nécessaire à la réalisation d'un moule. II-3 Propriétés [3]: Le sable silico-argileux a des propriétés mécaniques faibles vis-à-vis du sable à prise chimique. Le sable silico-argileux est employé dans le moulage de pièce de faible dimension (de 10 à 800mm), de la fabrication unitaire à la très grande série, tandis que le moulage par sable à prise chimique permet aussi de réaliser de grosses pièces (de quelques grammes à 80 tonnes), mais généralement en faibles séries (1 à 2000 pièces). Le sable naturel est réservé aux fonderies d'art car il donne une peau de pièce remarquable, cependant il est peu perméable et nuit à l’évacuation des gaz lors de la coulée, ce qui n'est pas gênant avec ce type de fonte car les pièces sont entièrement retravaillées, mais n'est pas admissible pour certaines pièces techniques (porosité de gazage). Ainsi, ce type de sable nécessite le perçage d'évents ("Cheminée d'évacuation des gaz") dans le moule afin d'évacuer les gaz emprisonnés dans l'empreinte lors de la coulée. Le moule en sable naturel nécessite un étuvage pour permettre de les sécher car il contient beaucoup d'eau. II-4 Origines de sable : Il existe cinq origines de sable pour la société Ménara préfa:  GHAR TOR  BOROUSS  SOUIHLA  TASSAOUT  FRITA (sidi aissa) Ce sont des sites de production, permettant le concassage et le criblage.
  17. 17. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 17 II-4-1 Site de concassage et de criblage GHAR TOR [4] : Ce site a été crée en 2005 à Oued Tensift (Figure 7). Il comporte :  1 concasseur  1 Alimentateur  1 Crible scalpeur  3 Cribles  3 Broyeurs  1 Hydro cyclone de traitement du sable  1 station de traitement des boues et de clarification des eaux  1 laboratoire II-4-2 Site de concassage et de criblage BOURROUS [5] : Figure 7:Carrière GHAR TOR Figure 8: Carrière BOURROUS
  18. 18. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 18 Ce site a été crée en 2008 à Oued Tensift (Figure 8). Il comporte :  1 concasseur  1 Alimentateur MENARA  1 Crible scalpeur MENARA  4 Cribles MENARA  2 Broyeurs  1 Hydro cyclone de traitement du sable  1 station de traitement des boues et de clarification des eaux  1 Magasin  Locaux de ventes  Bureaux  Ateliers  Locaux sociaux II-4-3 Site de concassage et de criblage SOUIHLA [6]: Ce site a été crée en 1990 à Oued n’fis (Figure 9). Il comporte :  1 concasseur  1Alimentateur  1 Crible scalpeur  4 Cribles  3 Broyeurs Figure 9: Carrière SOUIHLA
  19. 19. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 19  1 Hydro cyclone de traitement du sable  1 station de traitement des boues et de clarification des eaux  1 laboratoire II-4-4 Site de concassage et de criblage TASSAOUTE [7]: Ce site a été crée à Oued Lakhdar (Figure 10). Il comprend :  2 concasseurs à mâchoire Alimentateur  1 Crible scalpeur  3 Cribles  3 Broyeurs  1 Hydro cyclone de traitement du sable  1 station de traitement des boues et de clarification des eaux  1 laboratoire II-4-5 Site de concassage et de criblage FRITA (sidi aissa) [8]: Figure 10: Carrière TASSAOUTE Figure 11: Carrière FRITA
  20. 20. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 20 Ce site a été crée en 2008 à oued n’fis (Figure 11). Il comprend :  1 concasseur à mâchoire é Alimentateur  1 Crible scalpeur  3 Cribles  3 Broyeurs  1 Hydro cyclone de traitement du sable  1 station de traitement des boues et de clarification des eaux  1 laboratoire II-5 Extraction et traitement [9] : La production des granulats nécessite deux principaux types d’opérations : l’extraction et le traitement.  L’extraction s’effectue dans des carrières qui utilisent des techniques différentes selon qu’il s’agit de roches massives ou de granulats alluvionnaires meubles, sois à sec, sois en milieu hydraulique.  Le traitement est réalisé dans des installations de traitement généralement situées sur le site de carrière. Parfois les installations peuvent se situer à un endroit différent du site d’extraction. Dans tous les cas, on retrouve les cinq mêmes principales étapes de production : - l’opération de découverte ou décapage des niveaux non exploitables et le stockage des bonnes terres et des matériaux stériles en vue du réaménagement, - L’extraction des matériaux par une technique ou une autre selon la nature du gisement, - Le transfert vers les centres de traitement, - Les différentes opérations de traitement pour obtenir des produits finis, prêts à la livraison chez les clients, - La remise en état du site de la carrière au fur et à mesure et en fin d’exploitation.
  21. 21. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 21 Les cinq unités de production citée auparavant dans le II-4 suivent le même procédé d’extraction et de traitement. On a pris, donc, comme exemple la carrière de BORROUS (figure 12). Figure 12: Carrière BOURROUS Dans un premier temps, un décapage est effectué amenant à retirer les terrains situé au dessus des niveaux à exploiter :  Terre végétale.  Roches plus ou moins altérées.  Terre stérile. Après, viendra l’étape de l’extraction en terrain meuble : lorsque le gisement de granulats alluvionnaires se situ au dessus du niveau d’eau, on exploite directement les matériaux avec les engins traditionnels des travaux publics tels que des pelles ou des chargeuses. Une fois le tout venant brut est extrait, ce dernier subit les opérations suivantes :
  22. 22. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 22 II-5-1 Le traitement : Tout d’abord, un transfert des matériaux entre la carrière et l’installation de traitement est effectué par des camions. Le traitement est réalisé par suite dans des installations automatisées généralement situés sur le site de la carrière. Les opérations de traitement ont pour but d’obtenir, à partir des matériaux d’origine, alluvionnaire ou massifs, toute une gamme très variée de granulats pour répondre aux demandes et spécificités des chantiers. Les principales opérations sont le concassage, le criblage, le lavage et le stockage. II-5-2 Le concassage : Les matériaux extraits sont concassés dans des concasseurs qui réduisent de façon successive la taille des éclats de roche (Figure 13). Figure 13: Concasseur à mâchoire II-5-3 Le criblage (ou tamisage) : Il permet de sélectionner les grains ; le crible ne laissant passer dans ses mailles que les éléments inférieurs à la taille voulue. On peut ainsi, par une succession de criblages, trier les grains et obtenir des granulats de différents calibres (figure 14).
  23. 23. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 23 Figure 14: criblage des agrégats au moyen d'un trommel II-5-4 Le lavage : La présence d’argile ou de poussières mélangés aux matériaux ou enrobant les granulats peut les rendre impropres aux usages auxquels ils sont destinés. Dans ce cas, ils sont lavés (figure 15). Figure 15: lavage des granulats
  24. 24. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 24 II-5-6 Le stockage : Une fois traités et classés par granulométrie, les granulats sont acheminés par des bandes transporteuses vers les aires de stockage, soit sous forme de stocks au sol ou dans des trémies ou des silos. II-6 Description des installations de concassage (figure 16) : Provenant de la carrière, les granulats alluvionnaires sont transportés par des camions. Ce produit est déversé dans une trémie d’alimentation d’environ 200 m3 de capacité dont le diamètre des granulats est compris entre 0 - 300mm. Un alimentateur vibrant fait avancer la marchandise vers un crible N° 1 qui permet de séparer les granulats selon leurs taille : ceux dont Dmax > 35 et dont Dmax ≤ 35. Les granulats dont Dmax ≤ 35 sont écartés par une bande transporteuse vers un crible N°2 qui donne lieu au 8/15 mm roulet et 3/ 8mm roulet. Les granulats dont Dmax > 35 sont dirigés vers un concasseur à mâchoire qui permet d’obtenir des granulats dont Dmax <90. Sortants du concasseur, les granulats sont transportés vers une trémie tampon qui alimente un broyeur à cône N° 1, qui sont transportés par suite vers un crible N° 3 qui donne lieu aux gravettes G0, G1, G2 et 0/4. Les éléments dont Dmax > 25 sont transportés vers une autre trémie qui alimente un broyeur à cône N°2 ensuite, ils sont ramenés vers le crible N°3. Le 0/4 résultant du crible 3 et du crible 2, sont dirigés vers deux cyclones afin de séparer les grosses particules (sable) et résidu (boue +eau). Finalement on obtient le 0/4 lavé.
  25. 25. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 25 Figure 16: organigramme des installations de la carrière
  26. 26. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 26 Chapitre III : Procédé de fabrication des produis à base des sables
  27. 27. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 27 I introduction : Les sables sont souvent déterminants pour la qualité des produits. Que ce soit pour l’aspect ou pour les contraintes mécaniques du produit, le choix des sables conditionne clairement le résultat final de la fabrication. De ce fait, il est indispensable d’effectuer une série d’analyse, permettant de déduire à la fin si ce sable est conforme selon les normes exigées. Dans le cas ou le sable obéit aux exigences de la norme, on passe alors à la fabrication du produit. Une fois le produit est fabriqué, des essais mécaniques s’effectuent sur ce dernier. II Etude de la conformité du sable : On a pris deux quantités de sable : une provenant de la carrière BORROUS, l’autre provenant de GHAR TOR. Sur ces deux échantillons, on a effectué des analyses pour étudier la conformité du sable. II-1 L’essai de propreté du sable « équivalent de sable » [10] : II-1-1 But de l'essai Cet essai a pour but de mesurer la propreté de matériaux fins. Il rend compte de façon globale de la quantité d’éléments fins contenus dans le matériau sans aucune distinction de nature. II-1-2 Principe de l'essai L’essai consiste à déterminer le rapport volumétrique entre les éléments sableux qui sédimentent et les éléments fins qui floculent (figure 17). Figure 17: Schéma d’éprouvette d’ES
  28. 28. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 28 Il est effectué sur la fraction 0/2 mm du sable à étudier. On lave l'échantillon, selon un processus normalisé, et on laisse reposer le tout. Au bout de 20 minutes, on mesure les éléments suivants : - hauteur h1 : sable propre + éléments fins, - hauteur h2 : sable propre seulement. L'essai dit d'équivalent de sable, permet de déterminer le degré de propreté du sable : Selon que la hauteur h2 est mesurée visuellement ou à l'aide d'un piston, on détermine ESV (équivalent de sable visuel) ou ES (équivalent de sable au piston) II-1-3 description du matériel Le matériel pour réaliser cet essai comprend :  Des éprouvettes en plexiglas avec deux traits repères et leur bouchon.  Un entonnoir pour l’introduction du sable.  Une bonbonne de 5 l avec bouchon, siphon et tube souple de 1.5m.  Un support de bonbonne.  Un tube laveur métallique plongeant.  Un réglet métallique pour la mesure des hauteurs de sable et de floculat.  Un piston taré à masse coulissante de 1 kg pour la mesure de ES.  4 récipients de 200 cm3 . Pour réaliser l’essai, il est nécessaire de disposer également : -De doses de solution lavante. -Un tamis d diamètre 200 mm. -D’un chronomètre. -D’une machine à secouer.
  29. 29. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 29 II-1-4 Préparation de la solution La solution lavante est composée, pour une quantité de 1 litre, de :  219 g de chlorure de calcium cristallin, CaCl2.6H2O ou 111 g de chlorure de calcium anhydre, CaCl2 ;  450 g de glycérine à 99 % de glycérol, de qualité de réactif pour laboratoire ;  12,5 g formaldéhyde en solution, 40 % en volume, de qualité de réactif pour laboratoire ;  350 ml eau distillée ou déminéralisée. L’opérateur dissout le chlorure de calcium cristallin dans les 350 ml d'eau distillée ou déminéralisée. Il laisse refroidir à température ambiante et, si nécessaire, il filtre à l'aide d'un papier à filtrer à grosses ou moyennes mailles. Il ajoute la glycérine et le formaldéhyde en solution et dilue à 1 l de solution avec de l'eau distillée ou déminéralisée, puis il mélange vigoureusement. Une solution lavante, obtenue en diluant 125 ml de solution concentrée dans 5 l avec de l'eau distillée ou déminéralisée, est également préparée. II-1-5 Mode opératoire : Au préalable il faut connaitre le pourcentage de fines contenu dans l'échantillon soumis au test. Si le % de fines est supérieur à 10 %, la prise d'essai doit être corrigée et contenir 10 % de fines pour l'essai. Masse de la prise d'essai On réalise sur un échantillon une teneur en eau, la norme FD P18-663 précisant que l'échantillon n'a pas besoin d'être séché à moins de 2 % d'humidité comme le prévoit la norme NF EN 933-8. Une fois la teneur en eau effectuée, on calcule la masse d'essai nécessaire à l'essai selon le calcul : M nécessaire = 120 (100+W) / 100 avec W teneur en humidité en pourcentage). On prend donc en réalité une masse de 120 g de sable sec avec une teneur en fines ≤ 10 %.
  30. 30. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 30 Remplissage des cylindres gradués On remplit le cylindre gradué jusqu'au premier trait avec la solution lavante. On y introduit la prise d'essai (à l'aide d'un entonnoir) puis on enlève les bulles d'air en tapotant le cylindre à la main. On procède de même avec le second cylindre. On attend alors 10 minutes. Agitation des cylindres A la fin de cette période, On bouche le cylindre avec un bouchon en caoutchouc puis on agite avec la machine d'agitation pendant 30 secondes. On remette le tube en position verticale puis on lave. Lavage En descendant le tube laveur, on rince les parois du cylindre avec la solution lavante, puis on traverse la prise d'essai pour descendre le tube laveur au fond du cylindre. On agite le contenu du cylindre pour favoriser la remontée des fines et des éléments argileux. Quand le niveau du liquide avoisine le trait supérieur, on relève lentement le tube laveur de façon à maintenir le liquide au niveau du trait supérieur. On lance le chronométrage quand le liquide est au trait supérieur. On fait de même avec le second cylindre et on laisse reposer les cylindres pendant 20 minutes sans dérangement ni vibration. Mesurages Après la période de repos, on mesure la hauteur h1 du niveau supérieur du floculat par rapport au fond du cylindre gradué (figure 18).
  31. 31. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 31 Figure 18: Mesure de la hauteur h1 On abaisse le piston dans le cylindre jusqu'à ce que l'embase repose sur le sédiment. On mesure h2, distance entre la face intérieure de la tête du piston et la face supérieure du manchon (figure 19). Figure 19: Mesure de la hauteur h2 On fait de même pour le second cylindre.
  32. 32. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 32 II-1-6 Calcul de l’ES : On calcule le rapport h2/h1 x 100 pour chaque cylindre arrondi à 0.1 : L'équivalent de sable ES est la moyenne des 2 essais arrondi au nombre entier le plus proche. Note : si les deux valeurs obtenues diffèrent de plus de 4; l'essai n'est pas valide et doit être recommencer.  Préconisations Les préconisations en matière de propreté pour les sables utilisés dans les bétons sont présentées dans le tableau 3. Tableau 3 : Nature et qualité du sable ES Nature et qualité du sable ES<60 Sable argileux - Risque de retrait ou de gonflement, à rejeter pour des bétons de qualité 60≤ES<70 Sable légèrement argileux - de propreté admissible pour béton de qualité quand ou ne craint pas particulièrement de retrait 70≤ES < 80 Sable propre - à faible pourcentage de fines argileuses Convenant Parfaitement pour les bétons de haute qualité. ES >80 Sable très propre - l'absence presque totale de fines argileuses risque d'entraîner un défaut de plasticité du béton qu'il faudra rattraper par une augmentation du dosage en eau.
  33. 33. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 33 Figure 20: Schéma de la fiches d’essais. Nature de l’échantillon : SC Référence : 0/4 Provenance : GHAR TOR Lieu de prélèvement : carrière Date de prélèvement : 16/05/2012 Date de l’essai : 16/05/2012 Essais Mh (g) Hauteurs lues (mm) Equivalent de sable (%) H1 Totale H2 Piston ESP Piston Essai 1 123 120 92 76.6% Essai 2 123 118 91 77.1% ES= la moyenne arrondie à l’unité la plus proche 77% S1 S2 NON CONFORME ES≥75% X 75%>ES≥65% 65%>ES>60% Nature de l’échantillon : SC Référence : 0/4 Provenance : BORROUS Lieu de prélèvement : carrière Date de prélèvement : 16/05/2012 Date de l’essai : 16/05/2012 Essais Mh (g) Hauteurs lues (mm) Equivalent de sable (%) H1 Totale H2 Piston ESP Piston Essai 1 123 121 85 70.2% Essai 2 123 121 86 71.2% ES= la moyenne arrondie à l’unité la plus proche 71% S1 S2 NON CONFORME ES≥75% 75%>ES≥65% X 65%>ES>60%
  34. 34. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 34 On remarque que l’essai effectué sur les deux types de sables a donné un ES compris entre 70 et 8.Les résultats sont présentés dans le tableau 4. Tableau 4 : Conformité du sable Provenance ES conforme GHAR TOR 77% oui BOURROUS 71% oui II-2 Analyse granulométrique du sable [11]: II-2-1 but de l’essai La granulométrie permet de déterminer la répartition des dimensions des grains contenus dans un granulat. II-2-2 Principe de l’essai Elle consiste à tamiser le granulat sur une série de tamis à mailles carrées, de dimensions d’ouverture décroissantes et à peser le refus sur chaque tamis. Les ouvertures carrées des tamis sont normalisées et se séparent de 0,08 mm à 5 mm. La courbe granulométrique exprime les pourcentages cumulés, en poids, de grains passant dans les tamis successifs. II-2-3 Matériel nécessaire Des tamis (figure 21) dont les ouvertures carrées, de dimension normalisée, sont réalisés soit à partir d’un maillage métallique, soit par perçage d’une tôle. Les passoires, qui comportent des trous ronds percés dans une tôle, ne sont plus utilisées actuellement. Pour un travail d’essai aux résultats reproductibles, il est conseillé d’utiliser une machine à tamiser électrique qui comprime un mouvement vibratoire horizontal, ainsi que des secousses verticales, à la colonne de tamis.
  35. 35. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 35 Figure 21: Tamiseuse électrique La dimension nominale de tamis est donnée par l’ouverture de la maille, c'est-à-dire par la grandeur de l’ouverture carrée. Ces dimensions sont telles qu’elles se suivent dans une progression géométrique de raison √10, depuis le tamis 0.08 mm jusqu’à 5 mm. Afin d’éviter toute ambigüité, un tamis et une passoire équivalents ont été désignés par un même numéro de module. Les dimensions nominales normalisées des tamis (Tableau 5), seuls appareils utilisés actuellement, sont les suivants : Tableau 5 : Dimensions nominales des tamis Module 20 23 26 29 32 35 38 Tamis (mm) 0.08 0.160 0.315 0.630 1.25 2.50 5.00 II-2-4 conduite de l’essai : Cet essai peut s’appliquer pour des granulats non souillés par une fraction argileuse significative. Il est alors impératif de prendre toutes les précautions nécessaires pour que les éléments fins, présents dans l’échantillon, ne soit pas perdus. Pour les échantillons pollués par une fraction argileuse, il est nécessaire de procéder par voie humide. L’échantillon ainsi préparé est alors séché à (110±5 °c). Apres refroidissement il est pesé jusqu'à masse constante (masse M2). Le tamisage à sec peut être utilisé.
  36. 36. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 36 II-2-5 Préparation de l’échantillon : La quantité à utiliser doit répondre à différents impératifs qui sont contradictoires : - Il faut une quantité assez grande pour que l’échantillon soit représentatif. - Il faut une quantité assez faible pour que la durée de l’essai soit acceptable et que les tamis ne soient pas saturé et donc inopérant. Dans la pratique, la masse à utiliser sera telle que : M=0.2D avec M : masse de l’échantillon en Kg et D : diamètre du plus gros granulat. II-2-6 Descriptif de l’essai : Le matériau sera séché à l’étuve à une température maximale de 105 °C. On emboite les tamis les uns sur les autres. Dans un ordre tel que la progression des ouvertures soit croissante du bas de la colonne vers le haut. En partie inférieure, on dispose un fond étanche qui permettra de récupérer les fillers pour une analyse complémentaire. Un couvercle sera disposé en haut de la colonne a fi d’interdire toute perte de matériau pendant le tamisage. (Figure 22). Figure 22: colonne de tamis On appellera tamisât le poids d’un matériau passant à travers un tamis donnée et refus le poids de matériau retenu par ce même tamis. Le matériau étudié est versé en haut de la colonne de tamis et celle-ci entre en vibration à l’aide de la tamiseuse électrique ou à l’aide d’une vibration manuelle. Le temps de tamisage dépend de la charge de matériau présente sur le tamis et son ouverture.
  37. 37. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 37 Le refus du tamis ayant la plus grande maille est pesé. Soit R1 la masse de ce refus Le refus du tamis immédiatement inférieur est pesé avec le refus précédent. Soit R2 la masse du deuxième refus. Cette opération est poursuivie pour tous les tamis pris dans l’ordre des ouvertures décroissantes. Ceci permet de connaitre la masse des refus cumulés Rn aux différents niveaux de la colonne de tamis Le tamisât présent sur le fond de la colonne du tamis est également pesé. L a somme des refus cumulés mesurés sur les différents tamis et du tamisât sur le fond (fillers) doit coïncider avec le poids de l’échantillon introduit en tête de colonne. La perte éventuelle de matériaux pendant l’opération de tamisage ne doit pas excéder plus de 2% du poids total de l’échantillon de départ. Figure 23: Schéma de la fiche d’essai. Nature de l’échantillon : SC Référence : 0/4 Provenance : GHAR TOR Lieu de prélèvement : carrière Date de prélèvement : 16/05/2012 Date de l’essai : 16/05/2012 1er échantillon : mesure de teneur en eau 2eme échantillon soumis à l’essai M1h= 964g Mh= 1022g M1s= 886g Ms= 939 g (Ms=Mh*( M1s/ M1h)) Ouvertures des tamis Mailles carrées (mm) Masse des refus (g) Masse des refus Cumulés Rn (g) Pourcentage des Refus cumulés Pourcentage des tamisats cumulés 6.300 0 0 0 0 5.000 14 14 1.5 98.5 2.500 172 186 19.8 80.2 1.250 149 335 35.7 64.3 0.630 150 485 51.7 48.3 0.250 230 715 76.1 23.9 0.160 94 809 86.2 13.8 0.080 91 900 95.8 4.2
  38. 38. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 38 II-2-7 Expression des résultats de la courbe granulométrique : Les pourcentages des refus cumulé, ou ceux des tamisât cumulés (Tableau6), sont représentés sous la forme d’une courbe granulométrie en portant les ouvertures des tamis en abscisse, sur une échelle logarithmique, et les pourcentages en ordonnée, sur une échelle arithmétique. La courbe est tracée de manière continue et ne peut pas passer rigoureusement par tous les points (figure 24). Tableau 6: Les pourcentages des tamisats cumulés des deux sables Tamis Pourcentage des tamisats cumulés (BOURROUS) Pourcentage des tamisats cumulés (GHAR TOR) 0.08 5.3 4.2 0.16 18 13.8 0.25 30.5 23.9 0.63 51.7 48.3 1.25 65.9 64.3 Nature de l’échantillon : SC Référence : 0/4 Provenance : BORROUS Lieu de prélèvement : carrière Date de prélèvement : 16/05/2012 Date de l’essai : 16/05/2012 1er échantillon : mesure de teneur en eau 2eme échantillon soumis à l’essai M1h= 1066g Mh= 1096 g M1s= 979 g Ms= 1007 g (Ms=Mh*( M1s/ M1h)) Ouvertures des tamis Mailles carrées (mm) Masse des refus (g) Masse des refus Cumulés Rn (g) Pourcentage des Refus cumulés Pourcentage des tamisats cumulés 6.300 0 0 0 0 5.000 16 16 1.6 98.4 2.500 161 177 17.6 82.4 1.250 166 343 34.1 65.9 0.630 143 486 48.3 51.7 0.250 214 700 69.5 30.5 0.160 126 826 82 18
  39. 39. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 39 2.5 82.4 80.2 5 98.4 98.5 MF 2.5 2.7 Figure 24: Courbe granulométrique On peut conclure donc, que les deux courbes sont bien comprises à l’intérieur du fuseau pour l’ensemble des tamis. II-3 Module de finesse [11]: Le module de finesse est un coefficient permettant de caractériser l’importance des éléments fins dans un granulat. Il est égal au 1/100 de la somme des refus cumulés de pourcentages sur les tamis de la série suivante : 0.16- 0.315- 0.63- 1.25- 2.5 -5 mm. Remarque : le module de finesse est d’autant plus petit que le granulat est riche en éléments fins.
  40. 40. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 40 Le module de finesse de chaque type de sable a donné des valeurs inferieur à 3, donc le sable contient des éléments fins, dont les résultats sont présentés dans le tableau 7. Tableau 7 : Module de finesse des deux types de sables Provenance Mf GHAR TOR 2.7 BOURROUS 2.5 III Préparation de produit : On a préparé deux échantillons : le premier concernant le sable provenant de la carrière GHAR TOR et le deuxième provenant de la carrière BORROUS. Pour préparer ces mélanges, on doit peser à l’aide d’une balance électronique des quantités précise de ciment, de gravette 3/8, et de sable concassé, tout en respectant le dosage utilisé par l’entreprise pour la production du béton. Le dosage utilisé est présenté dans le (Tableau 8) pour le premier mélange et le (Tableau 9) pour le deuxième mélange. Tableau 8 : Premier mélange (sable GHAR TOR) Eléments ciment 3/8 s.c Quantité (Kg) 2 3.62 3.62 Tableau 9 : Deuxième mélange (sable BORROUS) Eléments ciment 3/8 s.c Quantité (Kg) 2 3.62 3.62 Pour préparer le produit, on a besoin d’une bétonnière et de quatre cubes qui serviront de moule. Méthode 1. On met la bétonnière en marche (figure 25).
  41. 41. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 41 Figure 25: bétonnière 2. On verse le mélange et on laisse tourner quelques secondes pour qu'il soit bien mouillé 3. On verse le ciment qui va se délayer dans l'eau et se répartit uniformément autour des grains de gravier 4. En surveillant le mélange, on verse un peu d'eau en complément, sans dépasser le dosage prévu 5. Le béton doit être onctueux mais jamais mou, et humide en surface. Si l'on prend une poignée de béton, celle-ci doit garder sa forme et, si l'on serre la main, le béton doit rester humide en surface sans perdre d'eau 6. On huile légèrement les parois internes des cubes. 7. On verse en suite le béton dans des cubes (figure 26). Figure 26: cubes contenant du béton
  42. 42. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 42 IV Résultats des essais effectués sur les produits fabriqués Pour étudier les propriétés mécaniques de ces deux produits, on a effectué un essai de compression pour chaque cube (figure27). Figure 27: Compression des échantillons Les résultats sont donnés dans le tableau suivant : Tableau 10 : Résistances des produits finis Echantillon 1 Echantillon2 Moyenne Résistance du produit (sable GHAR TOR) MPa 3.9 4 4 Résistance du produit (sable BORROUS) MPa 5.9 6.1 6.1 Interprétation des résultats : Le produit préparé par le sable provenant de la carrière GHAR TOR est plus résistant que le produit préparé par le sable provenant de la carrière BOURROUS.
  43. 43. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 43 Ce résultat peut être expliqué par la nature et la propreté du sable ; l’essai de l’équivalent de sable a montré que : ES (GHAR TOR)=77% > ES (BORROUS)=71% Donc on peut conclure que : plus que le sable est propre, plus on obtient un produit plus résistant.
  44. 44. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 44 Conclusion : Ce stage a eu pour but de mettre en pratique nos connaissances théoriques, d’en apprendre davantage et surtout de pouvoir se familiariser avec le travail au sein du laboratoire de la société Ménara préfa. Dans ce rapport, nous avons exposé les différentes origines du sable pour la société. Nous avons rapporté leurs extractions à partir des carrières et leurs traitements. Sur ces types de sable, nous avons choisi comme exemple un sable pris de la carrière BOURROUS et un autre provenant de la carrière GHAR TOR, sur lesquels, on a effectué des essais physiques afin de contrôler leurs propriétés mécaniques. On a pu conclure, vers la fin, que les caractéristiques du sable ont une influence majeure sur le comportement du béton. .
  45. 45. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 45 Références [1] http://fr.wikipedia.org/wiki/Sable [2] http://variance.free.fr/chaux/melange/agregats.htm [3] http://www.wikidebrouillard.org/index.php/Sable [4] http://www.transportmenara.ma/site_ghar_tor [5] http://www.transportmenara.ma/site_bourrous [6] http://www.transportmenara.ma/site_souihla [7] http://www.transportmenara.ma/site_tassoute [8] http://www.transportmenara.ma/site_ben_slimane [9] http://www.ac- nancyetz.fr/enseign/batiment_pro/Ressources/Laboratoire/Chapitre%20002%20- %20Les%20Granulats.pdf [10] http://www.labobtp.fr/granulats-essais-normalises/12-equivalent-de-sable-nf-en-933-8 [11] http://www.la.refer.org/materiaux/chapitre_trois_deux.html
  46. 46. Influence de l’origine du sable et la taille de ses grains sur les produits finis Page 46

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