COURS DE TP Laboratoire

Année : 2023 - 2024

 SYLLABUS
Objectifs du module

- Objectif de la formation
Permettre aux apprenants d’être capable de pratiquer les essais de laboratoire.

- Objectifs pédagogiques
A la fin de ce cours les apprenants seront capables :

Public cible : licence 3

Méthodes pédagogiques
• La méthodologie utilisée sera surtout basée sur les principes andragogiques.
• Brainstorming (si l’effectif le permet)
• Travaux des groupes
• Exposés/débats
• Etudes de cas
• Visites de chantier

Supports didactiques
• Polycopies, cahiers de participant, projection d’images, projection de vidéo

Matériel d’animation

• Marqueurs, cartes, papier kraft

• Tableau à chevalet
• Stylos à bille, bloc-notes
• Matériel de dessin
• Micro-ordinateur
• Vidéo projecteur

Méthodes d’évaluation

• Evaluation formative
• Evaluation sommative

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 PROGRAMME DE COURS :

TP. N°1 : TENEUR EN EAU

TP. N°2 : MASSES VOLUMIQUES DES GRANULATS

 MASSES VOLUMIQUES APPARENTES

 MASSES VOLUMIQUES ABSOLUES

TP. N°3 : ANALYSE GRANULOMETRIQUE

TP. N°4 : MANIABILITE OU CONSISTANCE DU BETON :

TEST AU CONE D’ABRAHAM

TP. N°5 : RESISTANCES DU BETON : ESSAIS DE

COMPRESSION

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 INTRODUCTION
Les essais au laboratoire permettent l’étude des comportements des sols sous leurs aspects résistant et
déformabilité.

A partir des résultats d'essais de laboratoire les constructeurs ont des données nécessaires pour étudier les ouvrages
de génie civil et de bâtiment et assurer leur stabilité en fonction des sols sur lesquels ils doivent être fondés, ou avec
lesquels ils seront construit (barrages en remblais).

Pour de nombreux travaux de construction et pour l’exécution de nombreux essais, il est nécessaire de connaître
certaines caractéristiques des matériaux utilisés, caractéristiques qui représentent :

 Les dimensions
 La forme
 La masse volumique
 La porosité
 La teneur en impuretés de l’échantillon qui a été prélevé.

L’essai de laboratoire fait partie de ces recherches.

LES DOMAINES D'APPLICATION DES ESSAIS DE LABORATOIRE

Les essais sur les sols jouent un rôle essentiel dans l'acte de construire pour tous les travaux

de bâtiment et de génie civil en relation avec les sols ou les mettant en œuvre. Les sols peuvent :

 Supporter les ouvrages : fondations superficielles ; fondations profondes,

 Être supporté : les murs de soutènement, rideaux de palplanche...,  Constituer
l’ouvrage lui-même : les remblais digues, barrages.,.

On peut citer par exemple :

 Les fondations des bâtiments, des ouvrages d'art, des ensembles

industriels...
 Les ouvrages de soutènement (murs, rideaux de palplanches.,),
 Les tunnels et travaux souterrains dans les sols,
 Les barrages et digues en terre,
 La stabilité des pentes naturelles des talus et les travaux de stabilisation,
 Les ouvrages portuaires et maritimes (fondations de quais comportements
brise-lames.,.),
 Les terrassements routes autoroutes voies ferrées,
 L’amélioration et le renforcement des sols,
 La protection de l'environnement

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 TP. N°1 : TENEUR EN EAU

I. INTRODUCTION
Pour la mesure de la teneur en eau des granulats au laboratoire on utilise plusieurs méthodes. Dans notre
étude nous utiliserons la méthode simplifiée dite de « La poêle à frire ».

A noté qu’il y a aussi les méthodes normalisées qui utilisent la méthode par séchage en étuve ventilée
(à T° de 105° C).

II. DEFINITION
La teneur en eau d’un granulat noté , est définie par le rapport :

x 100
Où :

Elle peut être exprimée en pourcentage c'est-à-dire :

III. PRINCIPE
La teneur en eau est déterminée expérimentalement en desséchant une quantité connue de granulats
jusqu'à la masse constante.

IV. MATERIELS
 Une balance précision 1 g.
 Une poêle, diamètre 30 cm environ (ou autre récipient métallique de même dimension) adaptée
au mode de chauffage.

 Une raclette en métal.

 Une plaque chauffante ou un réchaud à gaz.

V. MODE OPERATOIRE
 Tarer (peser) la poêle puis y peser une masse Mh de granulats fraîchement prélevés

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  Placer la poêle contenant les granulats sur une plaque chauffante.
 Agiter doucement les granulats à l'aide de la raclette pour faciliter le séchage.

Quand les granulats paraissent secs, laisser refroidir et peser une première fois.

 Prolonger le séchage jusqu'à obtention de la masse constante Ms (la masse est

considérée constante lorsque deux pesées successives de l’échantillon espacées de quelques
minutes ne diffèrent pas de plus de 0,1 %).

VI. EXPRESSION DES RESULTATS

- Humidité résiduelle : encore appelé humidité massique c’est la teneur en eau massique

Hm : l’humidité massique
Wh−Ws
Hm x100 = 𝑥100
Ws

- Humidité volumique : c’est la teneur en eau volumique

Hv : l’humidité volumique
Hv = d x Hm
-L’humidité massique relative ou humidité résiduelle relative
Hmr

- L’humidité volumique relative

Hvr
- Quantité d’eau à ajouter

- Quantité d’eau à retranchée

N.B: la quantité peut être la masse ; le poids ; le volume….

VI. Autre relation donne Mh – Ms = Ms.w donne Mh =
Ms.w + Ms

D’où Mh = (1 + ) Ms Ms

VII. APPLICATION
Déterminer la teneur en eau d’un sable humide

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 TP. N°2 : MASSES VOLUMIQUES DES GRANULATS

I. INTRODUCTION
La masse volumique est nécessaire à déterminer lorsqu’on veut par exemple élabore une composition de
béton. Elle permet de déterminer la masse ou le volume des différentes classes granulaires mélangées
pour l’obtention d’un béton suivant des caractéristiques voulues.

II. OBJECTIF DE L’ESSAI

Cet essai permet de déterminer la masse volumique apparente (y compris les vides) et la masse volumique
absolue (sans tenir compte des vides) des granulats étudiés.

III. MASSES VOLUMIQUES APPARENTES

a- Définition
La masse volumique apparente est la masse d’un corps apparent en état naturel par unité de volume totale
y compris les vides et les constituants principaux.

La masse volumique apparente notée ρ et exprimée en (gr/cm3 ; kg/m3 ; T/m3)

b- Intérêt en Génie Civil

 La masse volumique apparente sèche des granulats est nécessaire lors de l'établissement d'une
composition de béton.

 Elle permet également d'estimer la masse d'une charge d'exploitation (exemple : hall de stockage
de matériaux ...).

 Elle sert également à déterminer les capacités réelles des engins de terrassement.

c- Matériel nécessaire
 Un récipient cubique ou cylindrique de volume connu et dont la taille est adaptée aux granulats

 Une règle à araser métallique.

 Une main écope pour le remplissage
 Une balance de portée ≥ 5kg, précision 1 g

d- Matériaux nécessaires
 Un échantillon de sable
 Un échantillon de gravier

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 e- Mode opératoire

 Déterminer le volume du récipient V.

 Noter la masse du récipient propre et vide Mo
 Verser les granulats secs, par couches successives et sans tassement : utiliser les mains comme
entonnoir naturel

 Araser à l'aide de la règle métallique par un mouvement horizontal de va et vient

 Noter la masse du récipient rempli M1
 Renouveler l'opération au moins deux (2) fois avec un autre échantillon du même type.

f- Résultat
Pour le calcul de la masse volumique, on utilise l’expression suivante :

On remplit le tableau suivant :

Désignation M (gr) 𝝆𝒂 (gr/cm3) Moyenne

Essais 1
Essais 2
Essais 3
g- Applications
Déterminer la masse volumique du sable et du gravier.

IV. MASSES VOLUMIQUES ABSOLUES

a- Définition
La masse volumique spécifique d’un corps est la masse par unité de volume de matière pleine de ce corps
sans aucun vide entre les grains (constituants).

La masse volumique absolue notée 𝜌𝑠 et exprimée en (gr/cm3 ; kg/m3 ; T/m3)

b- Intérêt en Génie Civil

 Des caractéristiques intrinsèques des matériaux telles que la résistance à la compression et le
module d'élasticité sont fonctions de la masse spécifique 𝜌𝑠.

 Par ailleurs, la connaissance simultanée de la masse spécifique 𝜌𝑠 et de la masse volumique

apparente permet de calculer la compacité et le pourcentage des vides dans un échantillon.

 Ainsi, un matériau tassé ou comprimé voit sa masse volumique sèche tendre vers sa masse
volumique spécifique.

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 c- Matériel nécessaire
 Des éprouvettes graduées en plastique.
 Une tige agitatrice
 Un entonnoir pour le remplissage
 Une balance de portée ≥ 5kg, précision 1 g

d- Matériaux nécessaires
 Un échantillon de sable
 Un échantillon de gravier

e- Mode opératoire

 Verser de l'eau dans l'éprouvette (presque demi hauteur) et noter V1

 Préparer un échantillon de granulats secs de masse M (environ 300 g)
 Verser l'échantillon dans l'éprouvette à l'aide d'un entonnoir et provoquer le départ des vides
(air) en remuant le mélange avec la tige agitateur

 Noter le nouveau volume d'eau dans l'éprouvette V2

 Renouveler l'opération au minimum 2 fois

f- Schéma de l’opération

g- Résultat

La masse volumique absolue est donnée par :

On remplit le tableau suivant :

Désignation M (gr) 𝝆𝒔 (gr/cm3) Moyenne

Essais 1
Essais 2
Essais 3
h- Applications
Déterminer la masse volumique du sable et du gravier.
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 TP. N°3 : ANALYSE GRANULOMETRIQUE

I. DEFINITIONS

L’analyse granulométrique est le procédé par lequel on détermine la proportion des différents constituants
solides d’un sol en fonction de leur grosseur à l’aide de tamis.
On appelle « refus » sur un tamis le matériau qui est retenu par le tamis, et « tamisât » ou «
Passants » le matériau qui passe à travers les mailles d’un tamis.

II. But
L’essai a pour but de déterminer les proportions pondérales des grains de différentes dimensions qui
constituent le sol. Les pourcentages ainsi obtenus sont exprimés sous forme

d’un graphique appelé courbe granulométrique.

III. MATERIELS NECESSAIRES

 Une série de tamis normalisés.

 Une tamiseuse.
 Une balance de portée minimale 6 000 g, de 1 g de précision pour les pesées en refus cumulés.

IV. MODE OPERATOIRE

 Apres observation du granulat, faire le choix du tamis le plus fin et du tamis le plus gros. On
s’arrange en général pour que le granulat passe entièrement au travers du tamis le plus gros.

 Empiler les tamis dans l’ordre décroissant,

 Placer la colonne ainsi constituée sur la tamiseuse, brider la colonne.
 Verser le granulat dans la colonne
 Régler la durée de tamisage sur au moins 7 minutes
 Effectuer le tamisage
 Peser les refus. C’est à dire, peser le contenu du premier tamis puis le contenu du tamis
immédiatement inférieur, et ainsi de suite.

 Porter les résultats des refus en g dans un tableau.

 Calculer les refus cumulés en %
 Calculer les tamisât en %

 Tracer la courbe.
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 V. EXPRESSION DES RESULTATS
 REFUS en % sur un tamis

Rc

 REFUS cumulé d’un mélange en %

RC. m
Avec :
Rc1 : refus cumulé en pourcentage du sable 1
Rc2 : refus cumulé en pourcentage du sable 2
Q1 : proportion du sable 1 en %
Q2 : proportion du sable 2 en %

 TAMISAT EN % à un tamis

T (%) = 100% – RC (%)

 Module de finesse :
Le caractère plus au mois fin d’un sable peut être qualifié par le calcul de son module de finesse. Il noté M f

 Le coefficient d’uniformité
C’est un paramètre qui caractérise la courbe granulométrique. Encore appelé coefficient de HAZEN, noté
Cu il est défini par :

 Le coefficient de courbure
Il intervient également dans la classification unifiée des sols. Il est noté Cc. Il est défini par :

 Le module de tamis

L’équipement nécessaire pour effectuer une opération de tamisage est des tamis constitués d’un
maillage métallique définissant des trous carrés de dimensions normalisés. Les côtés des mailles sont
échelonnés de 0,08mm à 80mm selon une série géométrique de raison :

On désigne les tamis l’ouverture du côté c en mm, cependant pour plus de commodité, on utilise la
notion de module.
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Le module de tamis noté n est un entier naturel définit par : 𝒏 = 𝟏𝟎 𝐥𝐨𝐠 𝑫 + 𝟏

D : ouverture des mailles en . 1𝜇𝑚 = 0.001mm

VI. LE TRACE DE LA COURBE GRANULOMETRIQUE

On trace la courbe granulométrique sur un graphique comportant :

 En ordonnée le pourcentage des tamisât.
 Les mailles D sont indiquées en abscisse selon une graduation logarithmique.
On établit le tableau des résultats si ce n’est pas donné. Calculer le refus cumulé, pourcentage de refus et
le pourcentage de tamisât puis compléter le tableau.

Soient

 P : le fond recueilli sur le dernier tamis ;

 r1 ; r2 ; r3 ;…rn le refus respective des tamis numéros 1 ; 2 ; 3 ;… ; n ;

 m : la masse initial du matériau.

On a: minitial

N.B: Pour placer les mailles des tamis sur l’axe des abscisses suivre les étapes suivantes :
 Compte tenu de ta taille du papier, choisir une distance de représentation. Exemple : 15 cm ;
16cm ….

 Identifier la borne inférieur et borne supérieur des tamis

 Calculer les distances des autres tamis se situant entre les deux bornes par rapport au borne
inférieur

X= x DCH

Où:
X : distance du tamis considéré par rapport au tamis borne inférieure
TC : maille du tamis considéré
TBS : maille du tamis borne supérieure
TBI : maille du tamis borne inférieure
Dch : distance choisie

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 VII. INTERPRETATION DES RESULTATS

 Module de finesse

→ Si 1,8 < Mf < 2,2 : Sable à utiliser pour une bonne mise œuvre du béton mais une faible résistance ;

→ Si 2,2 < Mf < 2,8 : Sable à utiliser pour obtenir une bonne résistance et une bonne ouvrabilité ;

→ Si 2,8 < Mf < 3,2 : Sable à utiliser lorsqu’on veut une résistance élevée mais une moins bonne
ouvrabilité et de risque de ségrégation.

→ Mf > 3,2 : Sable est à rejeter

 Correction du module de finesse

Cela consiste à mélanger deux sables dont l’un de module de finesse Mƒ1 trop fort (sable grossier), nommé
le sable S1 et l’autre de module de finesse Mƒ2 faible (un sable fin) nommé le sable S2 afin d’obtenir un
mélange nommé S dont le module de finesse serait Mƒ.

Les proportions des deux sables composants devront être les suivantes :
Proportions Q1 : 𝑴𝒇 −𝑴𝒇𝟐
Q 1= x 100
𝑴𝒇𝟏−𝑴𝒇𝟐

Proportions Q2 : 𝑴𝒇𝟏 −𝑴𝒇

Q 2= x 100
𝑴𝒇𝟏−𝑴𝒇𝟐

N.B : Mf < Mf1

Où :

Après résolution on obtient : 𝑄1 𝑒𝑡 𝑄2

 Le coefficient d’uniformité

 Si Cu = 1 tous les grains constituant le sol ont la même grosseur

 Si CU < 2 la granulométrie est uniforme (serré) ;
 Si CU > 2 la granulométrie est étalée (variée) ;

VIII. APPLICATION

Faites l’essai d’analyse granulométrique sur du sable et le gravier

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 TP. N°4 : TEST AU CONE D’ABRAHAM

I- INTRODUCTION
Un béton est dit ouvrable lorsqu’il peut être transporté, mis en œuvre et parfaitement œuvré
(façonné) sans beaucoup de difficulté et aussi sans ségrégation des constituants
L’ouvrabilité (fluidité) est aussi définie comme étant le travail externe nécessaire à un béton frais pour
acquérir une parfaite compacité : capacité de couler sous son propre poids ou par vibration.

Ce test est généralement conduit sur le chantier.

En effet l’essai d’affaissement du cône d’Abrams encore appelé le slump-test ne mesure pas l’ouvrabilité du
béton mais cependant peut aider à avoir des renseignements sur la nature du béton du point de vue
homogénéité et uniformité d’une composition donnée

II- But du test

Le test a pour but de déterminer la valeur d’affaissement du cône pour un béton donnée.

III- Matériels et matériaux

 Cône d’Abrams : c’est une moule en métal (acier zingué) ayant la forme d’un cône tronqué de
Фinférieur = 20 cm, Фsupérieur = 10cm, la hauteur H = 30 cm et il est muni de poignées.

 L’entonnoir de remplissage, qui sert à faciliter le remplissage du cône.

 Le plateau support en métal, sur lequel le cône est posé lors du remplissage.
 Tige métallique pour pilonnage : tige d’acier de 16mm de diamètre et de longueur 60 cm dont
les extrémités sont arrondies.

 La portance en acier pourvue d’une règle graduée servant à mesurer l’affaissement du béton.

NB : Pour réaliser l’essai il est également nécessaire d’avoir une main écope de largeur au moins
100mm ainsi qu’une truelle.

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 IV- Mode opératoire
 Formuler l’échantillon du béton dans les proportions suivantes :
 …. kg de ciment
 ….kg de sable
 ….kg de gravier
 E = ……. du poids du ciment (soit 1000ml)
 Mélanger de façon homogène sur une surface non absorbante
 Nettoyer soigneusement la partie intérieure du cône et placer le sur une surface horizontale
non absorbante

 Remplir le moule avec le béton préparé en quatre couches d’épaisseur égale à ¼ de la hauteur
du moule

N.B : chaque couche sera pilonnée de 25 coups avec la tige de 16 mm de diamètre et les coups
doivent être uniformément repartis sur toute la surface du béton

 Après avoir rempli et pilonné la dernière couche enlever l’excès de béton avec la truelle et
égaler la surface de l’échantillon

 Immédiatement enlever le moule en le soulevant à l’aide des deux poignés, verticalement,

doucement et avec beaucoup de précaution.

 Apres avoir complètement retiré le moule conique laisser le béton s’affaisser sous son propre
poids

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  Ensuite avec la règle métallique, mesurer la différence de hauteur entre le moule et le plus
haut point du béton affaissé : cette différence en mm représente le slump-test ou
affaissement du béton

IV. Interprétation du résultat obtenu

Selon la valeur d’affaissement obtenue, le béton est classé en fonction de sa consistance. La norme NF
EN 206/CN (anciennement norme NF en 206-1) indique 5 classes de consistance béton S1 à S5
déterminées par mesure du slump (essai cône d’Abrams), leurs valeurs étant :

Classe de consistance Affaissement en cm Consistance du béton

S1 De 1 à 4 Ferme
S2 De 5 à 9 Plastique
S3 De 10 à 15 Très plastique
S4 De 16 à 21 Fluide
S5 ≥ 22 Très fluide

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 TP. N°5 : ESSAIS DE COMPRESSION

I. BUT
L’essai a pour but de mesurer la résistance à la compression à 28 jours (notée fc28 et exprimée en MPa)
d’une éprouvette cylindrique normalisée en béton de diamètre 16cm avec une hauteur de 32cm.

II. PRINCIPE

L’essai s’effectue sur des éprouvettes cylindriques de section droite et d’autre cas sur une éprouvette
cubique. On applique la force de compression progressivement de zéros (0) jusqu’à la rupture.

III. MATERIELS
 Moules métalliques cylindriques
 Une presse
 Un appareil de cône d’Abrams
 Une règle à araser
 Une aiguille vibrante
 Une tige de piquage
 Un chronomètre
 Une balance
 Pelle
 Truelle
 Seau

IV. MODE OPERATOIRE

 Formuler du béton
 Déterminer la classe de consistance à travers l’essai d’affaissement du béton
 Préparer des éprouvettes en mettant d’huile de coffrage sur les parois
 Introduire le béton dans le moule de l’éprouvette en deux couches pilonnées de 25 coups par
couche

 Retirer le moule puis araser la surface et laisser durant 72h

 Démouler et placer les éprouvettes dans l’eau durant 5jours
 Placer l’éprouvette entre les deux plateaux de la presse
 Ecraser l’éprouvette et prélever la force de compression par la lecture

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 V. EXPRESSION DES RESULTATS

Résultats lus sur la

presse
Force de rupture Contrainte Contrainte moyenne
Eprouvette N°1
Eprouvette N°2
Eprouvette N°3

Ri
Avec :
 Ri ou fcj : résistance à la compression
à jour
 Fr : la force de rupture
 D : diamètre de l’éprouvette

fcj
fcj est calculé à partir des résultats de l’essai. On compare cette valeur à la résistance théorique calculé
suivante :

.fc28

Obtenu à partir des donnés théorique fournis

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