BC STUDIES ANALYSE DES BTC Ecole pour des enfants sourds-muets, Phase 1 : la bibliothèque, Muyinga, Burundi, Octobre 2012
BCstudies asbl Earth construction consultancy Division of BC-AS, Belgium ken@bc-as.org www.bc-as.org
PREFACE Ce rapport de la fabrication des blocs de terre comprimée (BTC) est fait par BCstudies, à Muyinga, Burundi dans le cadre du projet de la construction de la bibliothèque de Muyinga, septembre-octobre 2012. Ce rapport est basé sur les conseils de ir. Chris Posma (NL) et sur les ouvrages suivants: Rigassi, Vincent, Blocs de terre comprimée: Volume 1. Manuel de production, 1995: Eschborn. Guillaud, Hubert et al., Blocs de terre comprimée: Volume 2. Manuel de conception et construction, 1995: Eschborn. Houben, Hugo et al., Blocs de terre comprimée: équipements de production (Séries technologies), Craterre-EAG, 1996: Bruxelles. Houben, Hugo et al., Blocs de terre comprimée: normes (Séries technologies), CraterreEAG, 1998: Grenoble. Houben, Hugo et al., Compressed Earth Blocks - testing procedures, CraterreEAG/ENTPE/CDE, Bruxelles: 2000. Houben, Hugo et al., African Regional Standards for Compressed earth blocks, dans CDE Guides 'Technologies Series' No. 11, compressed Earth Blocks - Standards, Craterre-EAG, 1998: Grenoble.
Figure 1 - la bibliothèque de Muyinga
INTRODUCTION A l'occasion de voir la pénétration verticale d'eau dans des murs de BTC non-stabilisé dans la construction de la bibliothèque de Muyinga, une recherche de fabrication des BTC plus profonde s'imposait. Néanmoins, un tel dégât ne devrait pas surprendre, car l'eau verticale dans une construction de terre crue non-stabilisée cause toujours une destruction spectaculaire, et au cours de chantier, l'avantage de la construction en terre crue est qu' on puisse réparer le dégât sans effort. La terre qui coulait vers les bas des murs, semblait trop silteuse: la terre pouvait être creusée avec un doigt, et devenait poussière à la moindre contact. Le mélange utilisé, était de 50 % terre du site, et 50 % terre achetée. l'intuition, avant le recherche de fabrication BTC élaborée ci-dessous, était que la terre n'avait pas assez de squelette, et que les argiles étaient comprimés dans un état trop sec, en les empêchant de coller les granules de silt, sables et gravier. La recherche étudie des différents mélanges de terre du site, et des terres et sables des carrières proches, stabilisée ou non avec le ciment et la chaux. La recherche sera structurée conforme le schème du cycle de production (BTC Volume 1, p8).
Figure 2 - apersion d'eau verticale
Figure 2 – Terre silteuse erodée
CYCLE DE PRODUCTION 1. EXTRACTION Tous les terres, sauf le sable et l'argile de Nyamaso, sont extraites à environ 200m à 2 km du site. Des abréviations sont utilisées pour les terres. Les tests de la pastille, du cigare, de la bouteille, et de la texture (BTC Volume 1, p28-29) sont faites. Les résultats sont les suivants: Terre Site (TS): Terre argileuse avec agrégats argileux-sableux et cailloux (>5mm, <25mm) Terre Achetée (TA): Terre silteuse-sableuse (sable fins) Carrière Kazoba Charles Carole (KA): Terre argileuse-silteuse, avec agrégats d’argile (<4mm) Carrière Kazoba Charles Carole avec gravier (KAG): Terre argileuse-silteuse, avec agrégats d’argile (<4mm) et cailloux silteuse-sableuse (>10mm) Carrière Fiamongé (FIA): Terre argileuse-silteuse, avec agrégats argileux (<4mm), silteux (<20mm), et cailloux (>20mm) Carrière Kinyota (KIN): Terre argileuse-silteuse, avec agrégats d’argile (<4mm) Argile de Nyamaso (NYA): Argile pur Sable première qualité (S1): Sable lavé 0-7mm Les stabilisateurs: Chaux achetée chez Zuberi: est-ce que c'est chaux aérienne? ou "chaux de colline" creusé = pierre de chaux creusé et non-réactive? ou même gypsum? Prix à verifier. Chaux de colline : pierre de chaux creusé, prix à vérifier Ciment: qualité inconnue, 24500 Fbu/50 kg
Figure 3 - Carrière de Kazoba Charles Carole
Figure 3 â&#x20AC;&#x201C; Test du cigare, de la texture, de la pastille, de la bouteille, sur chantier.
CYCLE DE PRODUCTION 2. SECHAGE Quand les tasses de terre sont pas protégées contre la pluie, TS et TA doivent être séchées, avant de pouvoir être utilisées. NYA aussi, mais sur demande, on peut le livrer sec.
3. BROYAGE Le broyage des cailloux dans toutes les terres utilisées n'est pas nécessaire, parce que les cailloux ne sont pas plus grands que 20 mm. Le désagrégation (pulvérisation) pour TS, KA, KAG, FIA, KIN, NYA néanmoins, est d'une forte importance, parce que les agrégats (mottes) dans TS, KA, KAG, FIA, KIN, NYA, sont très argileux, et s'ils ne sont pas désagrégés, l'argile ne peut pas travailler comme colle dans les BTC, ce qui est une des grandes paramètres pour la qualité des blocs. Le même problème existe, en double effet, avec la chaux qui doit réagir avec l'argile. Ni la chaux, ni l'argile présentes dans TS, ont été désagrégées.
4. TAMISAGE Le tamisage n'est pas vraiment nécessaire, parce que les cailloux sont moins de 20 mm, et peuvent entrer dans les BTC. Néanmoins, Craterre conseille d'utiliser des terres tamisées à 10 mm pour les presses légères comme Terstaram (BTC Volume 1, p60). Les abréviations pour les terres tamisées sont ajoutées après l'abréviation de la terre. Par exemple, terre du site tamise à 5 mm devient TST0,5, terre du carrière Kazoba tamisée à 2mm devient KAT0,2, la terre du site tamisée à 20mm devient TST2, etc.
5. DOSAGE SEC Pour décider les mélanges à utiliser dans la recherche, j'ai fait des petits blocs en pisé, en raisonnant avec la logique d'argile, silt, sable et gravier. Les mélanges choisis, organisés dans des fiches de chantier, sont les suivants: Fiche 1: 5TST2, 1S1 Fiche 2: 4TST2, 2S1 Ces deux fiches pour comparer l'effet de la quantité du sable. Fiche 3: 3TST2, 3TA, 1S1 Fiche 4: 1TST2, 1TA, 1S1 Ces deux fiches pour comparer l'effet de la quantité du sable dans le mélange utilisé pour la construction. Fiche 5: 3TST2, 1TA, 3S1 Cette fiche pour comparer l'effet de la quantité de silt. Fiche 6: 3TST2, 1KAT0,2, 2S1 Cette fiche pour comparer l'effet de la quantité d'argile. Fiche 7: 1TST2, 1TA cette fiche pour comparer l'effet de la quantité des cailloux de 5 à 20 mm au mélange utilisé dans la construction (= 1TST0,5, 1TA) Fiche 8: 1TST0,5, 1TA, 7% ciment Fiche 9: 1TST0,5, 1TA, 6% ciment Fiche 10: 1TST0,5, 1TA, 5% ciment Fiche 11: 1TST0,5, 1TA, 4% ciment Fiche 12: 1TST0,5, 1TA, 3% ciment Ces fiches pour comparer les effets de la quantité de ciment. Fiche 13: 3TST0,5, 3TA, 1NYA Fiche 14: 6TST0,5, 6TA, 1NYA Ces fiches pour comparer les effets de la quantité des argiles presque purs. Fiche 15: 1TST0,5, 1TA, 6% chaux Cette fiche pour comparer l'effet de la quantité de chaux.
Figure 4 - Les fiches 1-12
6. MELANGE SEC En général, le mélange sec était bien fait, dans des volumés de 36-50 l, dans une brouette, avec les terres bien sèches.
7. MELANGE HUMIDE ET 8. REACTION Le mélange humide était une sorte d'expérimentation, parce que l’essai de la boule (BTC Volume 1, p78). ne marchait pas. Si on prenait l’essai de la boule, il fallait mouiller la terre à une humidité inopérable pour la presse Terstaram. Fiche 1-7: Pour cette raison, nous avons choisi de faire le test Proctor statique (BTC Volume 1, p73). Il s'agit d'un test pour déterminer la quantité d'eau qui permet d'obtenir la densité la plus élevée: les blocs plus lourds. Nous nous sommes permis un petit changement dans ce test: faire deux blocs (au lieu de 10), ajouter un demi litre d'eau, mélanger de nouveau, faire 2 blocs, ajouter un demi litre d'eau, faire deux blocs, etc. Comme ça nous obtenons, par mélange, 8-10 bloc. Nous choisissons le TEO, en nous faisons 10 autre blocs avec ce TEO. Fiche 8-12: Nous présupposons que le mélange humide était un peu trop sec. Ca peut résulter en une qualité non-optimale pour ces mélanges. Fiche 13-14: À part du manque de désagrégation (voir au dessus, 3. broyage), nous présupposons que le mélange humide était trop sec. Pour ces deux raisons, Fiche 13 et 14 sont exclues de la recherche. Fiche 15: À part du manque de désagrégation (voir au dessus, 3. broyage), nous présupposons que le mélange humide était trop sec pour faciliter une réaction entre le chaux et la terre, et le temps de retenue avant pressage était trop court (<16h, BTC Volume 1, p34), et la cure était trop humide. Pour ces quatre raisons, Fiche 15 est exclue de la recherche.
9. DOSAGE DE PRESSAGE Il s'agit de la quantité de mélange mise dans le moule de la presse pour un densité optimal du bloc. À chaque fois, les coins étaient pressés, sauf dans les cas où la presse ne pouvait pas finir son cycle de compression, à cause d'un remplissage bien humide qui l'empêchait. Avec l'expérience pratique, on pouvait aussi un peu « prépresser » le mélange dans toute la moule, avec les mains. Dans le cas de la presse TERSTARAM, ça menait à trois effets différents: ou le bloc avait un densité plus grand (et favorable), ou le hauteur du bloc était plus grand (+5-10mm), ou c'était impossible de finir le cycle de compression.
Figure 5 - La presse TERSTARAM
10. PRESSAGE La presse TERSTARAM (BTC: Equipements de production, p88) : force de compression théorique = 3,6MPa + impact, force de fin de compression = 1MPa, Taux de Compression = 1,42 + couvercle rabattant. - Note sur force de compression théorique: la presse TERSTARAM est une presse de basse pression (ibidem, p57). La pression en fin de compression est celle qui est réellement appliquée à la terre en fin de compression, elle intègre toutes les pertes de pression dues aux effets de fonctionnement, de friction et d'inertie. (ibidem, p57) - Note sur taux de compression : Pour des blocs d'environ 10 cm de hauteur, le taux de compression doit être, de préférence, au minimum de 1,65 , mais idéalement s'approcher de 2. Un précompactage manuel (qui affecte fort le rendement) ou mécanique par couvercle rabattant (comme chez le Terstaram), permet de résoudre l'inconvénient d'un taux de compression insuffisant ou médiocre. (ibidem p59) - Note sur les tolérances: "pour des blocs avec joints de mortier, les tolérances de hauteur sont, de préférence, ≤ 3mm." (ibidem p54) Dans le démoulage dans notre cas, les tolérances peuvent varier +- 10mm. - Note sur la presse manuelle: "on constate régulièrement des différences importantes dans la qualité des produits (aspect, résistance,…) notamment au fil des heures." (ibidem p55) Dans notre cas, il est vrai que la qualité des BTC peut varier fortement du pressage au pressage. - Note sur la déscription de la presse TERSTARAM par Hugo Houben: "Idéale pour la fabrication des briques stabilisées et cuites" (ibidem p88). Ca semble que la presse Terstaram est (trop?) faible pour faire des BTC parement normal de 2ième catégorie avec aspersion d’eau latérale (voir ci-dessous, contrôle qualitatif, pour explications). Des essais quantitatifs sur force compression à sec et humide, et des essais d’abrasion sont nécessaires. - Note sur l’action de pressage : difficultés pour presser pour fiche 1 et 5: parfois les 2 ouvriers ne peuvent pas finir le cycle de la presse, et doivent enlever une quantité de terre du moule. Peut-être ceci est résolu avec des presses plus fort, pour obtenir des bloc plus meilleurs? - Note sur l’action de pressage : Pour une quantité d'eau élevée, la terre s'évanouit des trous de couvercle du TERSTARAM - en saucissons, pour les fiches 3, 7 et un peu 6. Ca peut être expliqué par une grande quantité des fines.
Figure 6 - TERSTARAM de Belgique
Figure 7 - l'utilisation du TERSTARAM
11. DEMOULAGE Mesurer le densité humide: - Les densités humides moyens les plus hauts (2130 -2155 kg/m3): fiche 2, 4 et 5. Ca montre l'effet important du sable. (Densité humide moyen conseillé: 2200 kg/.m3) - Les densités humides moyens les plus bas (2038-2050 kg/m3): fiche 6 et 7. Ca montre le trop des fines dans le mélange. (Densité humide moyen minimum conseillé: 1870 kg/m3) Mesurer la tolérance sur les dimensions: Fiche 1 et 5: +10 et +12 mm en hauteur: ça montre le frottement/friction des sables et graviers (voir 10. Pressage): on ne peut que difficilement faire le pressage, à peine. Peut-être pas assez de force appliquée? Peut-être ceci est résolu avec des presses plus fort, pour obtenir des bloc meilleurs? TEO (Teneur en eau optimal) le TEO semble d'être environ 3-3,5 l. d’eau par 36 l. de mélange. Mais, comme nous verrons plus tard dans les contrôles de qualité et la conclusion, que le TEO est surpassé par l'effet collant des argiles. Transport vers stockage Le transport vers le stockage pour les fiches 1 et 2 était difficile: des blocs brosses. Semble d'avoir trop de sable gros. Mais après séchage, mieux que attendu. (Pour les fiches 8-15, il n'y a pas de données). REMARQUE!: Les dimensions n'ont pas été mesurées précisément. En moyen, les grandes tendances peuvent indiquer les interprétations ici-dessus, mais en détail, pour la prochaine fois, il vaut mieux de suivre les règles comme expliqués dans African Regional Standards for CEB, p92.
12. CURE HUMIDE La cure humide des fiches 8-12 prenait 28jours, les blocs étaient emballés dans des bâches noirs, avec gouttes d'eau sur les bâches à l'intérieur. Néanmoins, pour les fiches 10-12,il y avait un trop d'eau, les blocs étaient encore tous mouillés après 28 jours, avec des flaques d’eau en bas. REMARQUE!: Ne pas ajouter de l'eau pendant la cure! Pour une cure correcte, voir BTC Volume 1, p68-69 et 78)
13. SECHAGE Le séchage de tous les blocs prenait 6-7 jours, en circonstances difficiles sur chantier (pluie, …), en dessous des bâches avec trous, protégés du vent. Normalement, les bloc doivent sécher au moins 3 semaines avant de faire des contrôles de qualité.
14. STOCKAGE Les blocs ont été stockés séparément, sinon maximum en 2 étages.
Figure 8 - Stockage
CONTROLE QUALITATIF Des groupes qualitatives se forment:
aspect Fiche 1-2
paralléli sme
coins
brossage
piquage
texture interne
bon
moyen*
moyen
/
/
bon
bon
bon*
moyen
/
/
bon
Fiche 6-7
moyen
bon
mauvais
mauvais
mauvais
mauvaismoyen
Fiche 812
moyen
bon
excellent
bon
bon
mauvais
Fiche 3-5
* Sauf quand mélange était trop humide: mauvais.
CONTROLE QUANTITATIF NORMES Il y a Il y a 18. Il y a Houben
des normes dans BTC: Normes. des conseils de force de compression à sec et humide dans BTC: Equipements p17des conseils de force de compression à sec de ir. Chris Posma, qui suit Hugo dans la référence dernière.
BTC:normes définit notre future utilisation (colonnes) des btc comme parement normale (PN), avec une sollicitation mécanique de catégorie 2 et une sollicitation environnementale de catégorie P. - Parement normale : jointage environ 1-1,5 cm, hauteur des blocs > 7 cm, parement visibles. - Sollicitation mécanique de catégorie 2 : éléments de structure pouvant résister à des sollicitations importantes par des charges extérieures. (p.e. bâtiment à étage avec terrasse accessible en éléments de structures porteurs minces) - Sollicitation environnementale de catégorie P : éléments de structure pouvant résister à l’agression de l’eau par aspersion latérale Dans ce cas, les BTC PN 2 P doivent résister à une compression à sec de > 4 N/mm2, humide de >2 N/mm2, et une abrasion perte de matière de ≤ 5% (BTC : normes, p55).
BTC : equipement, et (ir)Chris Posma, parlent d’une compression à sec de préférablement 2,4 N/mm2 et pas moins de 2 N/mm2 pour le même catégorie 2 (au lieu de 4 N/mm2). Cette différence peut être expliques par des normes des essai différents : Chris Posma utilise des échantillons d’environ 10x10x10cm, et African Regional Standards (p.96) utilise des échantillons de 10x14x22cm avec jointage et couches.
CONTROLE QUANTITATIF ESSAIS Essai de flexion : Une machine à bois était construite, autant qu’un écarlement avec des tubes. Les résultats sont enregistrés, et la force de flexion calculée avec la formule dans BTC : production, p.79. Pour obtenir la force de compression à sec, nous multiplions par 5 à 7, ici nous avons choisi 5. REMARQUES !: -les tubes d’écarlement ne sont pas bien parallèles : les blocs ne sont pas supportés sur deux lignes, mais sur 1 point et 1 ligne. Le poids appliqué est toujours hors balance. -la plupart des blocs n’a pas eu un sechage suffisant (6 jours au lieu de 3 semaines).
Figure 9 - Essai de la force de flexion
Essai de Compression à sec : Une machine en métal à effet levier était construite. Des blocs sont coupées en deux selon le méthode expliquée dans African Regional Standards p.95, et sont donc des blocs de environ 10x10x10cm. Une couche de ciment est ajoutée au blocs, pour bien les niveler en les posant dans la machine, après qu’on ferme la machine légèrement. Les résultats sont enregistrés, et la force de flexion calculée avec la formule dans l’excel de Chris Posma. REMARQUES !: - La force appliquée n’était pas totalement perpendiculaire au bloc. Parfois, il y avait une angle de 5 dégrées. Ceci est du au soudure des plaques métalliques sur machine, et au fait que les échantillons n’étaient pas parfaitement 10 cm de hauteur. - En appliquant la couche, les blocs ont été mouillé trop, dans une telle mesure que ça pouvait avoir influencé les résultats à l’effet négatif - En tout cas, les blocs n’ont pu sécher que pour 6-8 jours, au lieu de 3 semaines.
Essai de l’abrasion avec la perte des matériaux. L’essai à été fait selon le méthode expliqué dans African Regional Standards p.100.
Enregistrement du densité sec moyen. Ils sont de préférence 2000kg/m3, et minimum 1700kg/m3 (BTC :equipements p.16). REMARQUE !: Les dimensions n’ont pas été prises exactement. En détail, pour la prochaine fois, il vaut mieux de suivre les règles comme expliqués dans African Regional Standards for CEB, p92.
CONTROLE QUANTITATIF RESULTATS
Les résultats en bleu : Multiplié par facteur 1,1 pour l’essai de flexion (mauvais écarlement des tubes), avec 1,1 pour séchage (6-7 jours au lieu de 3 semaines), et/ou par 1,2 pour les forces non-normales dans l’essai de compression à sec. Interprétation : Des blocs non-stabilisés, la fiche 4 (1TST2, 1TA, 1S1) est la meilleure. Il doit être possible d’arriver à une force de compression à sec de 2 à 2,4 N/mm2, en le mettant dans le même classe des blocs stabilisés au ciment 3-4% (fiche 11-12). La fiche 4 est la seule à arriver à une pourcentage d’abrasion moins de 5 %, ce qui est nécessaire pour une construction pouvant résister à l’agression de l’eau par aspersion latérale. Les fiches 1 et 2 montrent les limitations de la presse, qui, avec ça force de fin de compression n’arrive pas à faire des blocs bien parallèles, ni bien compressés. Ca montre la force du sable La fiche 5 (3TST2, 1TA, 3S1) peut aussi servir, après plus d’essais plus précis. La fiche 7, (1TST2, 1TA) utilisée pour la bibliothèque, ne suffit pas, et ne peut être utilisé pour des murs intérieurs non-portant. Les fiches 8-12, stabilisées au ciment 3%-7% suffisent tous au normes, et nous pouvons imaginer que, avec l’ajout de sable, leur performance va augmenter significativement REMARQUE !: Les résultats précédents ne sont pas du tout détaillés. C’est une première approche, faite avec des machines d’essai qui n’étaient pas encore bien calibrées, avec un séchage insuffisant, avec trop peu de blocs testés. Ca veut dire qu’on ne peut pas prendre une décision structurelle, constructive, ni productive basée sur ces résultats. Les résultats peuvent seulement orienter pour la suite du projet, et pour des nouveaux essais bien calibrés sur la flexion, la compression et l’abrasion entre autres, en suivant les procédures dans les ouvrages mentionnés ci-dessus.
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CONCLUSIONS -
Relation sable-silt-argile : La terre du site (laterite avec cailloux) est une terre très argileuse avec des cailloux, formés par la transformation des agrégats d’argiles et sables fines ou silts. En soi-même, la terre n’est pas appropriée pour la construction de BTC. Il faut une squelette de sables et, apparemment, silts pour remplissage des trous entre les granulats. On peut arriver à un bloc non-stabilisé de la même classe de qualité que des blocs stabilisés à 3 ou 4 % de ciment.
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Relation densité-teneur en eau-argile-force de compression: Le « test Proctor statique » a été fait, pour obtenir le TEO (teneur en eau optimale) et son densité maximum. Théoriquement, avec le TEO, la force de compression devrait être à son maximum aussi. Néanmoins, quand on humidifie la terre en dessus de la TEO, la force de compression ne cesse pas à augmenter. Ici, l’effet argileux commence à jouer : la force collant des argiles bien mouillées surmonte l’effet de la force de fin de compression de la presse. Plutôt que l’effet « presse », l’effet « adobe » est décisif. Pour obtenir des blocs de la meilleure qualité, il faut balancer entre le plus de l’eau possible que la presse peut gérer, et les effets de parallélisme et tolérances de dimension du bloc.
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La pertinence de la presse TERSTARAM pour les blocs non-stabilisé ? La presse est normalement utilisée pour des blocs stabilisés ou cuits. Avec une force de fin de compression de 1 MPa, et avec le labeur manuel, elle est une presse très légère qui a besoin d’un contrôle de qualité permanent, surtout si on prend le risque de l’utiliser pour des blocs non-stabilisé. Entre autres (mais pas limitatif), il faut énormément faire attention à : 1) ajouter le teneur en eau maximum et constant (« effet adobe »), 2) presser les coins en tout cas, et « prépresser » le maximum dans la moule, pour obtenir un mieux taux de compression 3) assurer la qualité homogène des terres achetées
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La possibilité d’utiliser la chaux comme stabilisation n’a pas été testé, à cause d’une préparation insuffisante du mélange sec et humide. Néanmoins, la chaux peut être un bon choix comme stabilisation : 1) production locale : brûler le chaux de colline sur site. 2) Coûte abaissée
- Dans la littérature, il n’y a aucune référence à un bâtiment de catégorie structurel « 2 », avec l’aspersion d’eau latérale, qui est construit avec des BTC non-stabilisés. Après les recherches exploratoires de ci-dessus, il est clair qu’il faut maîtriser et maintenir bien la qualité des blocs non-stabilisés. C’est un bâtiment sans précédent.