Le gravier est un composant essentiel du béton, agissant comme un agrégat qui contribue à la résistance et à la durabilité de la structure. Le gravier représente environ 60 à 75 % du volume du mélange final. Cet article explore les caractéristiques du gravier, en particulier celui de calibre 5-20 mm, et son importance dans la fabrication du béton.
Rôle et Importance du Gravier dans le Béton
La fonction principale du gravier est de donner de la consistance à la structure du béton, tout en réduisant le coût en remplaçant une partie du ciment, plus onéreux. Le gravier interagit avec le ciment, l’eau et le sable pour former une pâte cohérente qui durcit en béton. L’adhérence du ciment aux éléments de granulat joue un rôle capital à la résistance à la traction et à la fragilité du béton.
Granulométrie Idéale du Gravier
La granulométrie idéale du gravier pour le béton varie généralement entre 5 mm et 20 mm. Ces tailles sont suffisamment grandes pour créer une structure solide, mais assez petites pour permettre un mélange homogène avec le ciment et le sable. La granulométrie influe sur la maniabilité du béton et sa compacité. Pour la plupart des travaux courants, un gravier de 20 mm est adapté.
Choisir le Bon Type de Gravier
Pour choisir le bon type de gravier, il faut considérer l’usage final du béton. Pour les dalles ou les travaux de finition, privilégier un gravier de petit calibre (5 mm à 10 mm) pour assurer une surface lisse. Pour les fondations, des graviers de grande taille (jusqu’à 20 mm) peuvent être utilisés pour améliorer la résistance.
Gravier Roulé vs. Gravier Concassé
Le gravier roulé, lisse et généralement arrondi, provient des rivières et est moins adhérent que le gravier concassé. Les matériaux concassés à arêtes vives conviennent mieux que les matériaux à grains arrondis, et la forme optimale pour les grains est celle qui se rapproche le plus de la sphère ou du cube. Les granulats granitiques à arêtes vives conviennent mieux que les matériaux à grains arrondis.
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Gravier Recyclé
Il est possible d’utiliser du gravier recyclé pour faire du béton, à condition qu’il réponde aux normes de qualité nécessaires. Le gravier recyclé doit être propre, sans déchets, et avoir la granulométrie appropriée.
Alternatives au Gravier
Le gravier est l’agrégat le plus couramment utilisé dans le béton, mais il n’est pas la seule option. D’autres matériaux comme le sable grossier, les granulés de verre ou les perles de polystyrène peuvent être utilisés dans certains types de béton léger. Cependant, ces matériaux ne remplaceront le gravier que dans des applications spécifiques et ne conviennent généralement pas pour des structures nécessitant une grande résistance, comme les fondations.
Qualité et Pureté du Gravier
La pureté et la propreté du gravier sont déterminantes pour la qualité du béton. Un simple examen visuel peut révéler la présence de particules fines ou de débris. Il est recommandé de conserver le gravier sur une surface propre et sèche pour préserver sa qualité.
Granulats : Terminologie et Classification
On appelle granulats les roches cassées ou encore des fragments dans le lit des fleuves. Les granulats sont destinés à être incorporés dans les mortiers pour avoir le béton, mais ils peuvent être employés aussi seuls en vue de constituer les assises de chaussée et hérissonnements en bâtiment ou des protections des talus.
Classification des Granulats
Les granulats sont classés en catégories en fonction de leur dimension. AFNOR recommande les appellations et classifications suivantes :
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Poussières Farines ou fillers de 0 à 0,1 mm
Sables :
- Sable fin de 0,1 à 0,4 mm
- Sable moyen de 0,4 à 1,6 mm
- Sable gros de 1,6 à 6,3 mm
Gravillons :
- Gravillon petit de 6,3 à 10 mm
- Gravillon moyen de 10 à 16 mm
- Gravillon gros de 16 à 25 mm
Cailloux :
- Cailloux petits de 25 à 40 mm
- Cailloux moyens de 40 à 63 mm
- Cailloux gros de 63 à 100 mm
Moellons : plus de 100 mm
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Du point de vue pratique, il est inutile de se conformer strictement à un cassement aussi rigide. Actuellement, on limite le nombre de coupures, par exemple :
- Gravillon 5/15 (Gravillonette)
- Gravillon 15/25 (Granulat pour béton armé)
- Gravillon 25/40 (Granulat pour béton de propreté)
- Gravillon 40/70 (Caillasse pour hérissonnage), etc.
La notion désigne un granulat tel que 10% des grains soient de dimensions inférieures et 10% des grains soient supérieurs à .
Forme des Granulats
Les matériaux concassés à arêtes vives conviennent mieux que les matériaux à grains arrondis, et la forme optimale pour les grains est celle qui se rapproche le plus de la sphère ou du cube.
Utilisation du Gravier sous une Dalle Béton
Le type de gravier à utiliser sous une dalle béton dépend d’un certain nombre de caractéristiques. Il est important de prendre en considération chacune d’entre elles afin d’opter pour le gravier correspondant au mieux à la situation.
Choisir un Gravier Selon sa Granulométrie
Si la dalle béton ne dispose pas de polyane ni d’isolant, un simple gravier calcaire cylindré de granulométrie 0/30 peut tout à fait suffire à la construction de la dalle béton.
Choisir un Gravier en Fonction de la Présence d’un Isolant
Si un isolant est inséré lors de la construction, il est conseillé de mettre une couche très fine de gravier en surface, sable fin de granulométrie 0/2. Cela permet d’avoir un état de surface bien plan et de pouvoir ainsi mettre l’isolant dessus sans qu’il ne se casse quand on marche dessus. Cette deuxième couche très fine n’est pas compactée. Pour égaliser la surface à la règle, il est important de bien tirer sur le gravier.
Quel Gravier avec du Polyane ?
Lors de la construction de la dalle béton, il est possible de mettre en place un film polyane. Ce dernier a pour vocation de créer une couche séparatrice entre la dalle et le support et donc de limiter les fissurations de la dalle. De plus, le polyane évite également les remontées d’eau et d’humidité par capillarité. Ainsi, en présence d’un tel matériau, il est indispensable de mettre une fine strate de gravier. La granulométrie de ces derniers ne devra pas être trop importante au risque qu’un caillou ne perce le film.
Dans le cas de figure où un décaissement important est réalisé pour la mise en place de la dalle béton, il faudra alors opter pour des graviers de différentes granulométries. Il est nécessaire de partir sur des graviers de granulométrie importante pour les couches les plus en profondeur puis, diminuer le calibre de ces graviers en remontant vers la surface du décaissement. Il y aura moins de remblai en calcaire avec une grosse granulométrie, ce qui limite les problématiques d’affaissement. Par exemple, s’il faut remblayer 3 mètres, il faudrait alors commencer avec une granulométrie très importante voire de l’enrochement. Pour ce faire, un demi mètre cube voire un quart de mètre cube seront nécessaires. A l’inverse, si on a seulement 40 cm de profondeur, il est possible de commencer par des graviers de type 20/40 et finir par un modèle 0/30 en surface.
Tailles de Gravier pour Béton
Il existe différentes tailles de gravier pour béton. Les granulats sont des matériaux de construction inertes qui constituent de façon schématique le squelette du béton. Ils sont désignés par d et D qui représentent respectivement la plus petite et la plus grande des dimensions des grains constituant le granulat.
- Gravier grain de riz : type de gravier de dimension maximale D inférieure ou égale à 6,3mm.
- Petit gravier : gravillon de dimension maximale D inférieure ou égale à 16mm.
- Gros gravier : gravillon de dimension maximale D inférieure ou égale à 63mm.
Influence de la Taille des Graviers
La taille des graviers influence le comportement du béton frais. À quantité de ciment égale, plus les graviers utilisés dans le béton sont gros, meilleure sera la résistance finale (mesurée conventionnellement à 28 jours) du béton. Plus les graviers utilisés sont petits, plus la demande en liant (directement liée à la quantité de ciment) sera élevée. En effet, un petit gravier présente une surface spécifique (surface développée par ses grains) plus importante qu’un gros gravier. Il faudra donc plus de pâte de ciment (et donc plus de ciment) dans le béton pour enrober de manière convenable les petits graviers.
Facilité de Mise en Place du Béton
Un béton courant en D20 ou D22 (grosseur de gravier) se met en place aisément, d’autant plus si l’on opte pour un béton fluide de classe de consistance S4.
Ferraillage et Dimension des Granulats
Le Dmax est limité par l’espacement entre armatures et leur enrobage. En effet, pour assurer le bétonnage correct des éléments en béton armé, D doit être choisi suffisamment petit pour que le béton frais puisse se frayer un passage entre les armatures, ainsi qu’entre les armatures et les parois de coffrage. Ce n’est qu’à cette condition que le béton remplira tout le coffrage et enrobera parfaitement les armatures. Ainsi, dans cet exemple, D devra être inférieur ou égal à 25mm. Dans tous les cas, il est fortement conseillé de choisir des dimensions de granulats de manière à avoir une bonne continuité de la courbe granulométrique du squelette granulaire est pour obtenir un béton maniable, homogène et compact.
Dalle en Béton Désactivé
Dans le cas des aménagements extérieurs en bétons décoratifs de type désactivé ou lavé, en plus des critères d’ordre technique, il sera nécessaire de prendre en compte l’aspect esthétique dans le choix du gravillon.
Diversité Géologique des Granulats
La diversité géologique du sous-sol français permet d’obtenir, à partir de roches très différentes, une grande variété de granulats. On distingue les principales roches suivantes :
- alluvions glaciaires
- sables et graviers alluvionnaires fluviatiles
- sables et graviers du littoral
- roches éruptives anciennes
- roches volcaniques récentes
- alluvions marines
- couches de sables ou de sablons
- roches sédimentaires consolidées
- roches métamorphiques
Définition des Granulats
Un granulat est constitué d’un ensemble de grains minéraux, qui selon sa dimension (comprise entre 0 et 125 mm) se situe dans l’une des 6 familles suivantes :
- Fillers
- Sablons
- Sables
- Graves
- Gravillons
- Ballast
Les granulats sont utilisés pour la réalisation d’ouvrages de Génie Civil, de travaux routiers et de bâtiments. Ils sont obtenus :
- en exploitant des gisements de sables et de graviers d’origine alluvionnaire, terrestre ou marine
- en concassant des roches massives
- ou encore par 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 son emploi, chaque roche possédant des caractéristiques intrinsèques spécifiques en termes de résistance mécanique et de tenue au gel, ainsi que des propriétés physico-chimiques et des propriétés chimiques.
Classement des Granulats
Les granulats sont classés en fonction de leur granularité (distribution dimensionnelle des grains) déterminée par analyse granulométrique à l’aide de tamis. Un granulat est désigné par sa classe granulaire exprimée par le couple d/D ou 0/D avec :
- d : dimension inférieure du granulat
- D : dimension supérieure du granulat
Tableau des Familles de Granulats
| Familles | Dimensions | Caractéristiques |
|---|---|---|
| Fillers | 0/D | D<2 mm avec au moins 85 % de passant à 1,25mm et 70 % de passant à 0,063 mm |
| Sablons | 0/D | D≤1 mm avec moins de 10 % de passant à 0,063 mm |
| Sables | 0/D | 0 mm < D≤ 4 mm |
| Graves | 0/D | D < 6.3 mm |
| Gravillons | d/D | d ≥ 2 mm et D ≤ 63 mm |
| Ballasts | d/D | d ≥ 31,5 mm et D = 50 ou 63 mm |
Il est possible de réaliser des mélanges de granulats pour obtenir des distributions granulaires adaptées à chaque utilisation. Les granulats sont considérés comme courant lorsque leur masse volumique est supérieure à 2 t/m3 et léger si elle est inférieure à 2 t/m3.
Les granulats sont utilisés :
- directement sans liant : ballast de voies ferrées, remblais, couches de forme des structures routières
- solidarisés avec un liant : le ciment pour le béton et les mortiers, le bitume pour les enrobés.
Caractéristiques des Granulats
Les granulats doivent répondre à des exigences et des critères de qualité et de régularité qui dépendent, d’une part, de la nature de la roche (résistance aux chocs et à l’usure, caractéristiques physico-chimiques,…) et, d’autre part, de caractéristiques physiques liées au processus d’élaboration des granulats (dimensions, formes, propreté,…).
Les granulats sont donc spécifiés par deux types de caractéristiques :
Caractéristiques intrinsèques, liées à la nature minéralogique de la roche et à la qualité du gisement, telles que, par exemple :
- La masse volumique réelle
- L’absorption d’eau et la porosité
- La sensibilité au gel
- La résistance à la fragmentation et au polissage
- La gélivité
Caractéristiques de fabrication, liées aux procédés d’exploitation et de production des granulats telles que, en particulier :
- La granularité
- La forme (aplatissement)
- La propreté des sables
Les caractéristiques des granulats sont fonction de leur famille (gravillons, sables, sablons, fillers) et font l’objet de méthode d’essais et de détermination adaptée.
Différents Types de Granulats
Un granulat, en fonction de sa nature et de son origine, peut-être :
- Naturel : d’origine minérale, issus de roches meubles (alluvions fluviales ou marines) ou de roches massives (roches éruptives, calcaires, métamorphiques…), n’ayant subi aucune transformation autre que mécanique (tels que concassage, broyage, criblage, lavage).
- Artificiel : d’origine minérale résultant d’un procédé industriel comprenant par exemple des transformations thermiques : sous-produits industriels, granulats réfractaires
- Recyclé : obtenu par traitement d’une matière inorganique utilisée précédemment dans la construction, tels que des bétons de démolition de bâtiments ou des structures de chaussées.
Les caractéristiques géométriques et de propreté des granulats dépendent du processus d’élaboration dans les installations de traitement.
Granulats Naturels
Les granulats naturels sont issus de diverses roches :
Roches magmatiques ou éruptives : elles proviennent du refroidissement d’un magma préalablement fondu. Parmi les roches éruptives, on distingue :
- les roches volcaniques qui naissent par solidification de coulées de lave : basaltes, andésites, rhyolites ;
- les roches plutoniques : granites, diorites, syénites, gabbros…
Roches sédimentaires : elles se forment à la surface de la terre par accumulation de sédiments. Elles résultent de l’érosion des roches éruptives ou des dépôts de sédiments marins. On les rencontre souvent sous la forme de roches meubles telles que les alluvions siliceuses, silico-calcaires ou calcaires. On distingue les roches sédimentaires :
- silicatées : grès, grès quartzites, silex, chailles, sédiments glaciaires…
- carbonatées : calcaires, dolomies…
Roches métamorphiques : elles se sont produites suite à des phénomènes tectoniques. Elles proviennent de la transformation des 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… Elles affleurent plus particulièrement dans les massifs montagneux anciens.
Roches Meubles et Roches Massives
Les granulats naturels sont issus de roches meubles ou massives qui sont essentiellement constituées de silice, de silicate et de carbonate.
Catégories de Granulats Naturels
On classe les granulats naturels en deux catégories :
- Les granulats alluvionnaires ou de roches meubles, dits roulés, dont la forme arrondie a été acquise par l’érosion. Ces granulats sont lavés pour éliminer les particules argileuses (nuisibles à la résistance du béton) et criblés pour obtenir différentes classes granulaires. Ils sont exploités dans les cours d’eau ou à proximité ou sur des fonds marins peu profonds. L’extraction est réalisée donc en fonction du gisement, de la hauteur du cours d’eau ou de la nappe phréatique à sec ou dans l’eau
- Les granulats de roches massives sont obtenus par abattage et concassage, ce qui leur donne des formes angulaires. Une phase de précriblage est indispensable à l’obtention de granulats propres. Différentes phases de concassage aboutissent à l’obtention des classes granulaires souhaitées. Les granulats concassés présentent des caractéristiques qui dépendent d’un grand nombre de paramètres : origine de la roche, régularité du banc, degré de concassage.
Granulats Artificiels
On distingue plusieurs types de granulats artificiels qui peuvent être utilisés pour des usages spécifiques.
- Sous-produits industriels, concassés ou non : Les plus employés sont le laitier cristallisé concassé et le laitier granulé de haut fourneau obtenus par refroidissement à l’eau.
- Granulats à hautes caractéristiques élaborés industriellement : Il s’agit de granulats élaborés spécialement pour répondre à certains emplois, notamment des granulats très durs pour renforcer la résistance à l’usure de dallages industriels (granulats ferreux, …) ou des granulats réfractaires.
- Granulats légers : Les granulats légers usuels sont la ponce (lave volcanique de couleur gris clair rendue très légère par les nombreuses bulles de gaz emprisonnées lors du refroidissement), la pouzzolane (roche d’origine volcanique à structure alvéolaire de couleur brun-noir à rouge brique), l’argile ou le schiste expansés et le laitier expansé.
- Granulats lourds : Ces granulats se caractérisent par leur densité élevée. Les granulats lourds sont utilisés essentiellement pour la fabrication de bétons lourds.
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