Études de cas pratique

EGC

Calcul de la Capacité d’absorption d’eau massique

Calcul de la Capacité d’absorption d’eau massique

Calcul de la Capacité d’absorption d’eau massique

Comprendre la Capacité d'Absorption d'Eau des Granulats

La capacité d'absorption d'eau d'un granulat est une propriété physique importante qui quantifie la quantité d'eau que le granulat peut absorber dans ses pores internes lorsqu'il est immergé, par rapport à sa masse sèche. Cette caractéristique est cruciale dans la formulation des bétons hydrauliques, car l'eau absorbée par les granulats n'est pas disponible pour l'hydratation du ciment ni pour l'ouvrabilité du mélange frais. Il est donc essentiel de connaître cette absorption pour ajuster correctement la quantité d'eau de gâchage et garantir les performances attendues du béton (résistance, durabilité, retrait). L'essai normalisé permet de déterminer cette capacité.

Données de l'étude

On réalise un essai d'absorption d'eau sur un échantillon de gravier concassé destiné à la fabrication d'un béton.

Données de l'essai :

  • Masse de l'échantillon de gravier séché à l'étuve jusqu'à masse constante (\(M_{\text{sec}}\)) : \(2055.0 \, \text{g}\)
  • Après immersion dans l'eau pendant 24 heures et essuyage de la surface des grains pour atteindre l'état Saturé Surface Sèche (SSS), la masse de l'échantillon est (\(M_{\text{SSS}}\)) : \(2078.0 \, \text{g}\)
Schéma : Étapes de l'essai d'absorption d'eau
Gravier Sec Masse M_sec 1. Pesée Sec Immersion 24h 2. Saturation Gravier SSS Masse M_SSS 3. Pesée SSS

Principales étapes de la détermination de l'absorption d'eau d'un granulat.

Questions à traiter

  1. Calculer la masse d'eau absorbée (\(M_{\text{eau abs}}\)) par l'échantillon de gravier.
  2. Calculer la capacité d'absorption d'eau massique (\(Abs\%\)) du gravier, exprimée en pourcentage de la masse sèche.
  3. Si ce gravier est utilisé dans une formulation de béton et qu'il est introduit dans le malaxeur à l'état sec, quelle quantité d'eau supplémentaire (en kg pour \(1000 \, \text{kg}\) de gravier sec) faudra-t-il ajouter à l'eau de gâchage pour compenser son absorption et atteindre l'état SSS ?
  4. Expliquer brièvement pourquoi il est important de connaître et de prendre en compte l'absorption d'eau des granulats lors de la fabrication du béton.
  5. Si, pour un autre échantillon de sable, on a \(M_{\text{sec}} = 1000 \, \text{g}\) et \(Abs\% = 1.5\%\), quelle serait sa masse à l'état SSS (\(M_{\text{SSS,sable}}\)) ?

Correction : Analyse de la Capacité d’absorption d’eau massique

Question 1 : Masse d'eau absorbée (\(M_{\text{eau abs}}\))

Principe :

La masse d'eau absorbée par le gravier est la différence entre la masse de l'échantillon à l'état Saturé Surface Sèche (SSS) et sa masse à l'état sec.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ M_{\text{eau abs}} = M_{\text{SSS}} - M_{\text{sec}} \]
Données spécifiques :
  • Masse SSS (\(M_{\text{SSS}}\)) : \(2078.0 \, \text{g}\)
  • Masse sèche (\(M_{\text{sec}}\)) : \(2055.0 \, \text{g}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_{\text{eau abs}} &= 2078.0 \, \text{g} - 2055.0 \, \text{g} \\ &= 23.0 \, \text{g} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : La masse d'eau absorbée par l'échantillon de gravier est de \(23.0 \, \text{g}\).

Question 2 : Capacité d'absorption d'eau massique (\(Abs\%\)) du gravier

Principe :

La capacité d'absorption d'eau massique est le rapport entre la masse d'eau absorbée et la masse sèche de l'échantillon, exprimé en pourcentage.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ Abs\% = \frac{M_{\text{eau abs}}}{M_{\text{sec}}} \times 100 = \frac{M_{\text{SSS}} - M_{\text{sec}}}{M_{\text{sec}}} \times 100 \]
Données spécifiques :
  • Masse d'eau absorbée (\(M_{\text{eau abs}}\)) : \(23.0 \, \text{g}\)
  • Masse sèche (\(M_{\text{sec}}\)) : \(2055.0 \, \text{g}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} Abs\% &= \frac{23.0 \, \text{g}}{2055.0 \, \text{g}} \times 100 \\ &\approx 0.0111922 \times 100 \\ &\approx 1.11922 \% \end{aligned} \]

On peut arrondir à \(1.12\%\).

Résultat Question 2 : La capacité d'absorption d'eau massique du gravier est d'environ \(1.12\%\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si la masse sèche d'un granulat est de \(1000 \, \text{g}\) et sa masse SSS est de \(1020 \, \text{g}\), quel est son coefficient d'absorption d'eau ?

Question 3 : Eau supplémentaire à ajouter pour \(1000 \, \text{kg}\) de gravier sec

Principe :

Si le gravier est sec, il absorbera une quantité d'eau correspondant à son coefficient d'absorption pour atteindre l'état SSS. Cette eau doit être ajoutée en plus de l'eau de gâchage effective pour la pâte de ciment.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ \text{Eau à ajouter} = M_{\text{gravier sec}} \times \frac{Abs\%}{100} \]
Données spécifiques :
  • Masse de gravier sec : \(1000 \, \text{kg}\)
  • Absorption d'eau (\(Abs\%\)) : \(1.11922\%\) (en utilisant la valeur non arrondie pour plus de précision)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \text{Eau à ajouter} &= 1000 \, \text{kg} \times \frac{1.11922}{100} \\ &= 1000 \, \text{kg} \times 0.0111922 \\ &= 11.1922 \, \text{kg} \end{aligned} \]

Environ \(11.2 \, \text{kg}\) d'eau (ou \(11.2 \, \text{litres}\), en considérant \(\rho_{\text{eau}} \approx 1 \, \text{kg/L}\)).

Résultat Question 3 : Il faudrait ajouter environ \(11.2 \, \text{kg}\) d'eau supplémentaire pour \(1000 \, \text{kg}\) de gravier sec afin de compenser son absorption.

Question 4 : Importance de l'absorption d'eau des granulats pour le béton

Explication :

La connaissance et la prise en compte de l'absorption d'eau des granulats sont cruciales pour plusieurs raisons lors de la fabrication du béton :

  • Contrôle du rapport Eau/Ciment (E/C) effectif : L'eau absorbée par les granulats n'est pas disponible pour l'hydratation du ciment ni pour assurer l'ouvrabilité du béton frais. Si l'absorption n'est pas compensée par un ajout d'eau, le rapport E/C effectif de la pâte sera plus bas que prévu, ce qui peut rendre le béton trop sec, difficile à mettre en œuvre et potentiellement moins résistant si la quantité d'eau devient insuffisante pour une hydratation complète. Inversement, si on ajoute trop d'eau pour compenser une absorption mal estimée, le rapport E/C effectif sera trop élevé, conduisant à une baisse de la résistance et de la durabilité.
  • Maintien de l'ouvrabilité : Des granulats secs qui absorbent l'eau du mélange peuvent entraîner une perte rapide d'ouvrabilité ("raidissement" du béton), rendant sa mise en place et son compactage difficiles.
  • Prévision du retrait : Les granulats qui absorbent beaucoup d'eau peuvent, en séchant, relâcher cette eau et contribuer à un retrait de séchage plus important du béton, augmentant le risque de fissuration.
  • Durabilité : La porosité des granulats, liée à leur capacité d'absorption, peut influencer la durabilité du béton face aux cycles de gel-dégel ou à la pénétration d'agents agressifs.
  • Régularité de la production : Tenir compte de l'humidité et de l'absorption des granulats permet d'assurer une plus grande régularité des propriétés du béton d'une gâchée à l'autre.

C'est pourquoi les formulations de béton tiennent compte de l'état d'humidité des granulats (sec, SSS, ou humide) et ajustent la quantité d'eau de gâchage en conséquence.

Résultat Question 4 : L'absorption d'eau des granulats affecte le rapport E/C effectif, l'ouvrabilité, le retrait et la durabilité du béton. Sa prise en compte est essentielle pour la qualité et la régularité du béton.

Question 5 : Masse SSS d'un échantillon de sable

Principe :

La masse à l'état SSS est la masse sèche plus la masse d'eau absorbée.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ M_{\text{eau abs}} = M_{\text{sec}} \times \frac{Abs\%}{100} \] \[ M_{\text{SSS}} = M_{\text{sec}} + M_{\text{eau abs}} \]
Données spécifiques :
  • Masse sèche du sable (\(M_{\text{sec,sable}}\)) : \(1000 \, \text{g}\)
  • Absorption d'eau du sable (\(Abs\%_{\text{sable}}\)) : \(1.5\%\)
Calcul :

Masse d'eau absorbée par le sable :

\[ \begin{aligned} M_{\text{eau abs,sable}} &= 1000 \, \text{g} \times \frac{1.5}{100} \\ &= 1000 \, \text{g} \times 0.015 \\ &= 15 \, \text{g} \end{aligned} \]

Masse du sable à l'état SSS :

\[ \begin{aligned} M_{\text{SSS,sable}} &= 1000 \, \text{g} + 15 \, \text{g} \\ &= 1015 \, \text{g} \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : La masse de l'échantillon de sable à l'état SSS serait de \(1015 \, \text{g}\).

Quiz Intermédiaire 2 : L'état "Saturé Surface Sèche" (SSS) d'un granulat signifie que :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. La capacité d'absorption d'eau d'un granulat est exprimée en :

2. Un granulat avec une forte capacité d'absorption d'eau, s'il est utilisé sec dans un béton :

3. La masse \(M_{SSS}\) d'un granulat est :

Glossaire

Masse Volumique Absolue (\(\rho_s\))
Masse des particules solides d'un matériau divisée par le volume de ces particules solides uniquement (excluant les vides).
Granulats
Ensemble de grains minéraux (sable, gravier, pierres concassées) entrant dans la composition des bétons, mortiers, enrobés bitumineux, ou utilisés comme couches de chaussées.
État Sec
État d'un granulat après séchage à l'étuve jusqu'à masse constante, où tous les vides (internes et externes) sont exempts d'eau.
État Saturé Surface Sèche (SSS)
État d'un granulat dont tous les pores internes sont remplis d'eau, mais dont la surface externe des grains est sèche.
Capacité d'Absorption d'Eau Massique (Abs%)
Quantité d'eau qu'un granulat peut absorber dans ses pores internes, exprimée en pourcentage de sa masse sèche.
Eau de Gâchage
Quantité totale d'eau ajoutée lors de la fabrication du béton, incluant l'eau nécessaire à l'hydratation du ciment et celle assurant l'ouvrabilité du mélange frais.
Ouvrabilité
Facilité avec laquelle un béton frais peut être mis en place, compacté et fini sans ségrégation.
Calcul de la Capacité d’absorption d’eau massique - Exercice d'Application

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