La pierre concassée, ou granulat concassé, est un matériau omniprésent dans le secteur de la construction et des travaux publics. Sa granulométrie, c'est-à-dire la distribution des tailles de ses grains, est un facteur déterminant pour ses applications et ses performances. Cet article explore en détail le calibre de la pierre concassée, sa granulométrie, les différents types de granulats, leurs caractéristiques et leurs utilisations.
Diversité des granulats : Origine et composition
La France, grâce à la diversité géologique de son sous-sol, offre une large gamme de granulats issus de roches variées. On distingue principalement :
- Alluvions glaciaires : Sables et graviers.
- Alluvions fluviatiles : Sables et graviers.
- Alluvions marines : Couches de sables ou de sablons.
- Roches éruptives anciennes.
- Roches volcaniques récentes.
- Roches sédimentaires consolidées.
- Roches métamorphiques.
- Sables et graviers du littoral.
Cette diversité d'origines confère aux granulats des propriétés spécifiques en termes de résistance mécanique, de tenue au gel, et de caractéristiques physico-chimiques.
Définition et familles de granulats
Un granulat est un ensemble de grains minéraux dont la dimension varie de 0 à 125 mm. En fonction de cette dimension, on distingue six familles principales :
- Fillers : 0/D, avec D < 2 mm (au moins 85 % passant à 1,25 mm et 70 % passant à 0,063 mm).
- Sablons : 0/D, avec D ≤ 1 mm (moins de 10 % passant à 0,063 mm).
- Sables : 0/D, avec 0 mm < D ≤ 4 mm.
- Graves : 0/D, avec D < 6,3 mm.
- Gravillons : d/D, avec d ≥ 2 mm et D ≤ 63 mm.
- Ballasts : d/D, avec d ≥ 31,5 mm et D = 50 ou 63 mm.
Il est important de noter que la France consomme annuellement environ 350 millions de tonnes de granulats, soit 6 tonnes par habitant par an, ce qui équivaut à 17 kg par habitant par jour.
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Utilisation des granulats
Les granulats sont indispensables pour la réalisation d'ouvrages de génie civil, de travaux routiers et de bâtiments. Ils sont obtenus par :
- L'exploitation de gisements de sables et de graviers d'origine alluvionnaire, terrestre ou marine.
- Le concassage de roches massives.
- Le recyclage de produits tels que les bétons de démolition.
Leurs natures, leurs formes et leurs caractéristiques varient en fonction des gisements et des techniques de production. La nature minérale des granulats est un critère fondamental pour leur emploi, chaque roche possédant des caractéristiques intrinsèques spécifiques.
Les granulats sont utilisés :
- Directement sans liant : Ballast de voies ferrées, remblais, couches de forme des structures routières.
- Solidarisés avec un liant : Ciment pour le béton et les mortiers, bitume pour les enrobés.
Granularité et classes granulaires
Les granulats sont classés en fonction de leur granularité, qui est la distribution dimensionnelle des grains. Cette distribution est déterminée par une analyse granulométrique réalisée à l'aide de tamis. Un granulat est désigné par sa classe granulaire, exprimée par le couple d/D, où :
- d : Dimension inférieure du granulat.
- D : Dimension supérieure du granulat.
Il est possible de réaliser des mélanges de granulats pour obtenir des distributions granulaires adaptées à chaque utilisation. Les granulats sont considérés comme courants lorsque leur masse volumique est supérieure à 2 t/m3 et légers si elle est inférieure à 2 t/m3.
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Caractéristiques essentielles des granulats
Les granulats doivent répondre à des exigences et des critères de qualité et de régularité qui dépendent à la fois de la nature de la roche et des caractéristiques physiques liées au processus d'élaboration. Ces caractéristiques sont classées en deux catégories :
- Caractéristiques intrinsèques : Liées à la nature minéralogique de la roche et à la qualité du gisement (masse volumique réelle, absorption d'eau, porosité, sensibilité au gel, résistance à la fragmentation et au polissage, gélivité).
- Caractéristiques de fabrication : Liées aux procédés d'exploitation et de production (granularité, forme, propreté des sables).
Les caractéristiques des granulats varient en fonction de leur famille (gravillons, sables, sablons, fillers) et sont déterminées par des méthodes d'essais adaptées.
Différents types de granulats : Nature, origine et élaboration
Un granulat peut être classé selon sa nature et son origine :
- Naturel : D'origine minérale, issu de roches meubles (alluvions fluviales ou marines) ou de roches massives (roches éruptives, calcaires, métamorphiques), n'ayant subi aucune transformation autre que mécanique (concassage, broyage, criblage, lavage).
- Artificiel : D'origine minérale, résultant d'un procédé industriel comprenant des transformations thermiques (sous-produits industriels, granulats réfractaires).
- Recyclé : Obtenu par traitement d'une matière inorganique utilisée précédemment dans la construction (bétons de démolition de bâtiments ou structures de chaussées).
Les caractéristiques géométriques et de propreté des granulats dépendent du processus d'élaboration dans les installations de traitement.
Granulats naturels : Diversité des roches
Les granulats naturels proviennent de diverses roches :
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- Roches magmatiques ou éruptives : Provenant du refroidissement d'un magma (roches volcaniques : basaltes, andésites, rhyolites ; roches plutoniques : granites, diorites, syénites, gabbros).
- Roches sédimentaires : Formées par accumulation de sédiments (silicatées : grès, grès quartzites, silex, chailles, sédiments glaciaires ; carbonatées : calcaires, dolomies).
- Roches métamorphiques : Issues de la transformation de roches éruptives ou sédimentaires sous l'action de la température, de la pression ou de l'apport de substances chimiques (quartzites, gneiss, schistes, micaschistes, marbres).
Les roches meubles (matériaux alluvionnaires) sont exploitées le long des fleuves et des rivières. Les gisements de roches massives correspondent à une multitude de situations géologiques et de localisations géographiques. Les granulats naturels les plus utilisés pour le béton proviennent de roches sédimentaires siliceuses ou calcaires, de roches métamorphiques (quartzs et quartzites) ou de roches éruptives (basaltes, granites et porphyres).
Catégories de granulats naturels
On distingue deux catégories de granulats naturels :
- Granulats alluvionnaires ou de roches meubles (roulés) : Leur forme arrondie est due à l'érosion. Ils sont lavés pour éliminer les particules argileuses et criblés pour obtenir différentes classes granulaires.
- Granulats de roches massives : Obtenus par abattage et concassage, ce qui leur donne des formes angulaires. Un précriblage est indispensable pour obtenir des granulats propres.
Les granulats concassés présentent des caractéristiques qui dépendent de l'origine de la roche, de la régularité du banc et du degré de concassage.
Granulats artificiels : Sous-produits industriels et granulats élaborés
Il existe plusieurs types de granulats artificiels pour des usages spécifiques :
- Sous-produits industriels (concassés ou non) : Laitier cristallisé concassé et laitier granulé de haut fourneau.
- Granulats à hautes caractéristiques élaborés industriellement : Granulats très durs pour renforcer la résistance à l'usure de dallages industriels (granulats ferreux) ou granulats réfractaires.
- Granulats légers : Ponce, pouzzolane, argile ou schiste expansés, laitier expansé. Des composants légers d'origine végétale, organique ou minérale peuvent également être utilisés (bois, polystyrène expansé, liège, vermiculite) pour les bétons d'isolation ou la réalisation d'éléments légers.
- Granulats lourds : Barytine, magnétite, limonite, pyrite de fer, déchets ferreux, ilménite, galène, corindon, serpentine, pandermite, colemanite. Ils sont utilisés pour la fabrication de bétons lourds.
Exemples spécifiques de granulats
Gravier 0/40
Le gravier 0/40 est un matériau essentiel pour la création de sous-couches routières et le remblayage. Sa granularité étendue lui confère une excellente compacité. Il est également utilisé comme sous-couche pour la création de chemins et d'allées en gravillons, en enrobé, en pavés ou en béton dans le domaine de l'aménagement paysager.
Gravier concassé 0/20
Le gravier concassé 0/20 est largement utilisé dans la construction pour ses propriétés mécaniques et sa polyvalence. Sa granulométrie doit respecter des spécifications strictes pour assurer une compacité optimale (d = 0 et D = 20 mm). Il est utilisé dans la construction routière pour les couches de base et de fondation des chaussées, dans l'aménagement extérieur pour les chemins, allées, cours, terrasses, places, parkings et aires de jeu, et dans le bâtiment comme sous-couche pour les dallages en béton. Compacté, il permet d'obtenir un sol très stable.
Tailles de gravier pour béton
Il existe différentes tailles de gravier pour béton, désignées par d et D, représentant respectivement la plus petite et la plus grande des dimensions des grains.
- Gravier grain de riz : D ≤ 6,3 mm.
- Petit gravier : D ≤ 16 mm.
- Gros gravier : D ≤ 63 mm.
La taille des graviers influence le comportement du béton frais. Plus les graviers utilisés sont gros, meilleure sera la résistance finale du béton, à quantité de ciment égale. Plus les graviers utilisés sont petits, plus la demande en liant sera élevée.
Processus de fabrication des granulats
Les étapes de fabrication des granulats sont les suivantes :
- Extraction : Enlèvement de la végétation, de la terre et des matériaux stériles recouvrant la roche saine.
- Abattage : Détachement et fragmentation des matériaux du massif rocheux (forage, minage et tir).
- Fabrication des granulats :
- Concassage : Réduction de la taille des granulats par des concasseurs successifs (à mâchoires, à percussion et giratoire).
- Criblage : Répartition des granulats par classe granulométrique.
- Poste de commande : Gestion du fonctionnement de l'installation par des automates.
- Stockage : Acheminement des granulats vers les aires de stockage (tas individualisés, trémies ou silos).
- Retrait de marchandise : Chargement des granulats dans les camions et pesage sur un pont bascule.
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