granulat (suite)

Un deuxième classement des granulats est celui qui est relatif à leur origine et à leur formation. On distingue :
— les granulats de rivière et de ballastière, extraits par dragages ;
— les granulats éoliens, ou sables fins, tels le sable de Fontainebleau ou le sable de dunes ;
— les granulats alluvionnaires provenant de dépôts anciens, souvent « souillés » ;
— les granulats de carrière, granulats concassés de roches cristallines ou cristallophylliennes, ou de roches métamorphiques et de roches alluvionnaires suffisamment dures ;
— les granulats de laitier de haut fourneau, obtenus en concassant du laitier de haut fourneau ou en le granulant par refroidissement dans l’eau.

• Le classement le plus important est celui qui est réalisé par tamisage. C’est le classement en « grosseur », c’est-à-dire le classement en farines minérales (grains de 0,1 mm au plus), dénommées « fillers » ; en sables (sable fin de 0,1 à 0,5 mm, sable moyen de 0,5 mm à 2 mm, gros sable de 2 à 5 mm) ; en gravillons (petits, de 5 à 10 mm ; moyens, de 10 à 15 mm ; gros, de 15 à 25 mm) ; en pierres concassées ou en cailloux roulés (petits de 25 à 40 mm, moyens de 40 à 70 mm, gros de 70 à 100 mm) ; enfin en moellons ou en galets (au-dessus de 100 mm).

Les tamis (à mailles carrées) ou les passoires (à trous circulaires) qui permettent le classement ont des dimensions s’échelonnant en progression géométrique de raison soit très sensiblement (série « Renard »). Le classement par trous ronds de diamètre D est d’ailleurs équivalent au classement par tamis de côté intérieur de maille C, si, entre les quantités D et C, existe la relation D = 1,25 C. On matérialise le classement granulaire des granulats par leur courbe granulométrique, obtenue en portant d’une part en abscisses les dimensions de tamis ainsi que les dimensions équivalentes de passoires, d’autre part en ordonnées le pourcentage pondéral de granulats passant au tamis correspondant.

Les granulats les plus importants sont incontestablement les sables, les gravillons et les pierres. Les fillers servent surtout à la confection des bétons bitumineux pour chaussées, pistes, masques d’étanchéité de barrages et de berges. Les galets et les moellons, outre leur emploi en maçonnerie, ont été utilisés pour les bétons cyclopéens de grands barrages, mais on ne les emploie plus guère.

Les sables ont une importance qui surpasse même celle des gravillons et des pierres, tant pour les bétons que pour les mortiers : par mètre cube de mortier frais, on prendra par exemple 1 600 kg de sable, 400 kg de ciment et 200 litres d’eau ; par mètre cube de béton frais, on trouvera généralement 600 kg de sable, 300 kg de ciment, 150 litres d’eau et 1 200 kg de gravillons ; mais le sable demeure le granulat essentiel du béton : c’est ainsi que l’on peut, sans danger pour la qualité et les performances du béton, remplacer de notables quantités de gravillon par du mortier. En revanche, on ne pourrait pas faire l’inverse dans les mêmes proportions sans risque d’aléas.

Caractéristiques d’emploi et moyens de contrôle des qualités des divers types de granulats

La propreté, c’est-à-dire l’absence d’impuretés colloïdales (argileuses ou humiques), est primordiale, surtout pour les sables. Les sables souillés empêchent l’adhérence du ciment, accroissent le retrait des mortiers et des bétons et réduisent considérablement les résistances des bétons à la flexion et à la traction.

On caractérise la propreté des sables par l’épreuve dite « mesure de l’équivalent de sable » : on agite le sable au sein d’une solution floculante étendue de chlorure de calcium ; on verse le tout dans une éprouvette graduée ; le sable décante aussitôt, sur une certaine hauteur h tout au long de laquelle il est propre ; 1/4 h après, les colloïdes floculés décantent à leur tour. Si H est la hauteur totale sable + floculat, l’équivalent de sable E.S. est donné par la formule :

qui peut aller de 0 à 100. Une très faible quantité de colloïdes donne un volume floculé abondant et fait fortement baisser l’équivalent de sable. Pour obtenir un béton de ciment convenable, il faut avoir E.S. > 70. Pour un béton bitumineux de chaussées, il faut En ce qui concerne les gravillons et les pierres, on se contente de peser, après lavage, le résidu que l’on dessèche et de rapporter le poids de résidu sec au poids de granulat lavé et séché.

Une autre qualité des granulats est la dureté, ou résistance à la compression, que l’on mesure sur une éprouvette cubique. On recherche de même la résistance à l’attrition, ou résistance à l’usure par frottements réciproques. On contrôle également l’homogénéité de dureté, la fragilité, ou résistance aux chocs, la résistance au gel, la porosité, la résistance à la traction et la granulométrie.

Origines et choix des granulats

Les carrières exploitent soit des roches cristallines dures et non altérables (porphyres, basaltes, diorites), soit des roches cristallophylliennes (ophites, quartzites), soit encore des calcaires de masse volumique de 2,50 ou plus et de résistance à la compression de 600 à 1 100 bar, l’optimum étant 800 bar. Les résistances moyennes à la compression sont :
basaltes : 2 500 bar ;
porphyres : 2 300 bar ;
quartzites : 2 900 bar.

Ces résistances mécaniques sont d’ailleurs plus que suffisantes en ce qui concerne les bétons, sans pour autant être nuisibles. L’essentiel est que les roches à feldspaths, porphyres et basaltes soient chimiquement stables, c’est-à-dire ne risquant pas de se kaoliniser à l’air humide en donnant lieu à une formation d’argile.

Les granulats et les sables de rivière ou de ballastière sont propres, de bonne forme, et d’éventail granulométrique assez large : pour les sables, ils vont de 0,3 à 3 mm ou de 0,5 à 5 mm.

Les sables éoliens (sable de Fontainebleau, sable de Nemours, sable de dunes) ont un éventail granulométrique très resserré : 0,7 à 1 mm très souvent ; ils sont propres et constituent un sable d’appoint. Les granulats alluvionnaires sont souvent souillés (argile et oxyde ferrique) : tels sont les « sables à lapin » et les tout-venants d’alluvions anciennes.