Masse volumique béton
Comme tous les matériaux solides, les liquides et même les gaz, le béton est caractérisé par sa masse volumique, en l’occurrence relativement élevée.
Qu’est-ce que la masse volumique ?
La masse volumique est une grandeur physique, notée ρ (prononciation “rho”) ou encore µ (prononciation “mu”). ρ est toutefois la notation la plus utilisée. Il s’agit du rapport de la masse du matériau (ici le béton) par unité de volume. La masse du matériau est exprimée “m” et le volume “v”.
Rappel : dans le langage courant, la masse du béton est confondue de manière abusive avec le poids, tandis que son volume représente la place qu’il occupe.
La masse volumique se compte généralement en kg.m-3 quand il s’agit de béton, mais son unité peut tout à fait varier ! Aussi, on peut estimer une masse volumique en g / cm3, kg / L… La valeur reste cependant la même quelle que soit l’unité
Le saviez-vous ?
Attention à ne pas confondre masse volumique et densité
Ces deux variables sont très fréquemment confondues, la masse volumique étant parfois appelée “densité volumique de masse”. Néanmoins, ces deux notions sont un peu différentes. La densité (d) est le rapport de la masse volumique du béton avec celle de l’eau pure (prise à une température de 4°C, là où sa masse volumique est maximale). Ainsi, d = ρ (béton) / ρ (eau). C’est une valeur sans unité. Notez que la densité du béton dit “traditionnel” est de 2,35 tandis qu’un béton lourd a une densité jusqu’à trois fois supérieure.
Comment calculer la masse volumique du béton ?
Le calcul de la masse volumique du béton s’avère en fait être assez simple. Il faut retenir : ρ = m / V.
Pour mieux comprendre, voici un exemple de calcul simple :
Admettons qu’un petit bloc de matière pèse 4 kg. Il s’agit de sa masse, notée “m”. Son volume quant à lui est de 0,5 m3. On sait que : ρ = m / V. Ainsi, la masse volumique de ce matériau est de 8 kg.m-3 (4 / 0,5). De même, en disposant seulement de la masse volumique du béton et de son poids, on peut calculer son volume.
Attention : lors du calcul de la masse volumique, n’oubliez pas de convertir les valeurs dans la bonne unité de mesure (les g en kg, les dm3 en m3, etc…). Vos résultats seront sinon faussés.
Masse volumique en fonction du type de béton
Il faut noter que la masse volumique du béton n’est pas une grandeur stable. Celle-ci varie en fonction de sa masse (ou poids), qui peut elle-même varier considérablement. Ainsi, la formulation du béton (donc son dosage en sable, ciment, eau…) impacte énormément sur sa masse volumique :
- Masse volumique des granulats : environ 1 500 kg / m-3 (dépendamment de leur nature),
- Masse volumique du sable : environ 1 600 kg / m-3,
- Masse volumique du ciment : environ 1 100 kg / m-3 (1 m3 de ciment en poudre est environ égal à 1 800 kg).
Bien évidemment, le béton ordinaire n’est pas le seul du marché. Nous avons donc dressé pour vous le tableau des principaux types de béton ainsi que de leur masse volumique moyenne.
| Type de béton | Caractéristiques du béton | Masse volumique moyenne |
|---|---|---|
| Béton léger | Les graviers du béton sont ici remplacés par des billes de polystyrène ou encore de schiste expansé. Ces granulats ont un diamètre et un poids inférieur aux graviers du béton traditionnel. Ainsi, leur masse volumique est fortement réduite, (jusqu’à 10 fois moins importante), et celle du béton en lui-même également. Le béton léger est principalement utilisé en rénovation, pour l’isolation d’un bâtiment ou le coulage de fondations ou de chapes |
Entre 300 et 1 800 kg / m-3 |
| Béton cellulaire | Disponible en blocs, le béton cellulaire est un isolant remarquable, utilisé en construction. Sa composition comporte de la pâte (ou poudre) d’aluminium ainsi que de nombreux trous d’air. Sa masse volumique est donc inférieure au béton traditionnel | Entre 300 et 650 kg / m-3 |
| Béton traditionnel | Sa masse volumique est susceptible de varier selon formulation. Les granulats utilisés sont à granulométrie variable, et certains bétons traditionnels sont davantage dosés en ciment. | 2 200 kg / m-3 |
| Béton bitumineux | Ce béton intègre une ou plusieurs couches de liant hydrocarboné (typiquement du goudron ou bitume) | 2 350 kg / m-3 |
| Béton armé | Le béton armé est renforcé au moyen de fibres métalliques à forte masse volumique. Ainsi, sa masse volumique totale est supérieure à celle du béton ordinaire. | 3 000 kg / m-3 |
A noter : en laboratoire, il est possible de calculer la masse volumique du béton au moyen d’outils spécifiques comme le pycnomètre. Celui-ci permet de définir une masse volumique pour un liquide, une pâte ou un solide par pesée dans un liquide d’immersion (l’eau distillée notamment)
Les différents types de masses volumiques
On a vu que le béton selon sa composition, dispose d’une masse volumique variable. Mais ce n’est pas tout ! Le béton n’est pas un matériau homogène, en cela qu’il est constitué de grains de sable et de graviers ainsi que de minuscules interstices d’air. Ainsi, pour le même béton, on distingue généralement la masse volumique apparente de la masse volumique réelle.
La première est le rapport de la masse sur le volume apparent (constaté à l’oeil nu, vides entre particules inclus). La deuxième décrit la masse volumique par rapport au volume réel des grains (les vides sont exclus, on fait la somme des volumes élémentaires des particules).
Référez-vous au schéma ci-après pour y voir plus clair.
Pourquoi calculer la masse volumique du béton ?
A titre particulier, la masse volumique du béton importe peu. Néanmoins, si vous comptez mener un chantier de grande ampleur ou êtes un professionnel, sachez que connaître la masse volumique du béton vous aidera à estimer les charges du chantier, et donc de pouvoir mieux sélectionner les moyens de manutention adaptés.
Aussi, le calcul de la masse volumique du béton permet parfois d’obtenir des informations sur sa composition et donc sa qualité. On sait ainsi qu’un béton à la masse volumique de 400 kg / m-3 est un béton léger, aux capacités mécaniques moins importantes qu’un béton traditionnel.
A présent, vous pouvez entamer un chantier de béton en toute connaissance de cause.
Amandine est ingénieur de l'Ecole Centrale de Nantes. Elle est à l'origine de la plateforme de commercialisation de béton au particulier allobeton.com