Caractérisation en compression simple des blocs de terre comprimée

N° d'ordre 02 ISAL 0037 Année 2002
THESE
Présentée devant
L’INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON
Pour obtenir
LE GRADE DE DOCTEUR
FORMATION DOCTORALE : Génie Civil: Sols, Matériaux, Structures, Physique du Bâtiment
ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES POUR L’INGENIEUR DE LYON :
Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (MEGA) –ECL – INSA – UCBL-ENTPE
PAR
Abalo P'KLA
Ingénieur génie civil de Lomé - Togo
CARACTERISATION EN COMPRESSION SIMPLE
DES BLOCS DE TERRE COMPRIMEE (BTC) : APPLICATION AUX
MACONNERIES "BTC-MORTIER DE TERRE"
Soutenue le 3 juillet 2002 devant la commission d'Examen :
Normando P. BARBOSA
Hervé DI BENEDETTO
Pierre FORAY
Ali MESBAH
Jean Claude MOREL
Myriam OLIVIER
Jean Marie REYNOUARD
Vincent RIGASSI
Rapporteur
Directeur de thèse
Rapporteur
Tuteur
Président
Cette thèse a été préparée au Laboratoire Géomatériaux du Département Génie Civil et Bâtiment de
l'Ecole Nationale des Travaux Publics de l'Etat (ENTPE)

A ma famille
A celle qui accepte être la bonne épouse et mère
A tous tes enfants et à ceux qui leur ressemblent
« Seul l'innocent est capable de percevoir la nature en toute
vérité. Car au commencement était la simplicité avec l'enfant
qui entre dans la connaissance par intuition. Puis vinrent la
complication et la complexité avec l'adulte qui, dans la
douleur du raisonnement, enfante la science. La souffrance
naît ainsi avec l'adulte qui doit, pour s'en délivrer, tendre la
main à l'Esprit de l'Enfant par qui l'univers est créé. Le salut de
la science véritable se trouve uniquement dans la voie du
renoncement »
Un fils spirituel d'Abba Isaac le syrien
(Abba Isaac, moine du Vlleme siècle)

je dis un énorme MERCI
A Hervé Di BENEDETTO pour avoir accepté de diriger cette thèse.
A Jean Claude MOREL et Ali MESBAH. mes tuteurs, pour leur disponibilité illimitée et pour
m'avoir offert un cadre intellectuel idéal de travail.
Au président du Jury, Jean Marie REYNOUARD.
A Normande BARBOSA et Pierre FORAY pour leur contribution à la qualité de ce travail en
tant que rapporteurs.
A Vincent RIGASSI et Myriam OLIVIER pour m'avoir apporté leurs expériences aussi bien
pratiques que théoriques et pour leurs remarques qui m'ont été indispensables à la finalisation
de ce document.
A Alain MARCOM pour son assistance technique à l'élaboration de mes échantillons d'essai et
à leur qualité.
A Odile ROQUE pour ses conseils et son assistance technique dans la mise au point de mon
dispositif expérimental.
A Mme Hélène GEOFFROY pour son soutien saris mesure.
A Mr et Mme EBEZOU et à., leurs enfants, à Eloani AGOU, Alassane OURO MEDELL, Ali
TCHATAGBA et Aliassim BONFOH pour le cadre familial qu'ils m'ont offert.
Au grand frère Antoine AMAI pour toute son attention à mon égard.
Aux membres de mon équipe ENDJ, à notre CONSPI, le P. Jacques DECOLLONG.E et à notre
COUAC, Mr et Mme REYDELLET.
Aux frères et sœurs Togolais (Aa wakili gna..... !!!) et Africains de Lyon, de toute la France qui
m'ont soutenu par leurs sages conseils.
A mes amis de Lomé et du Togo tout entier.
Aux amis du laboratoire LGM pour leur convivialité.
Au personnel du laboratoire LGM pour leur assistance.
A la frangine Berthe DONGMO et à Givanildo AZEREDO pour m'avoir aidé à corriger cette
thèse.
A F iras ATASSI pour ses encouragements.
A Francette PIGNARD.
Je voudrais particulièrement que NAPALA Odile daigne reconnaître sa bienveillante main dans
ce travail et que Mr et Mme BAWA (Olivier et Titi) puissent se réjouir de leur constante
assistance.

Résumé
Les maçonneries en BTC (Blocs de Terre Comprimée) permettent de construire des habitats individuels à un
faible coût environnemental (et économique pour les pays du sud) car on utilise des matériaux locaux. De plus
cette démarche a un impact socioéconomique positif puisqu'elle favorise le travail humain direct de construction
contrairement à la filière actuelle basée sur l'industrialisation de la production du matériau. L'architecture utilisée
est adaptée au matériau qui ne doit travailler qu'en compression.
Cette thèse s'inscrit dans un contexte de formalisation du comportement en compression des maçonneries en
BTC. Nous avons pour cela effectué une étude de comportement des maçonneries en BTC sous compression
simple verticale. Le BTC est la composante principale de la maçonnerie. Ainsi une analyse de son comportement
en compression simple est faite. Les différentes procédures d'essais de compression utilisées jusqu'à maintenant
sur BTC sont présentées et critiquées. Nous arrivons à la conclusion que l'essai sur demis blocs maçonnés (l'un
au dessus de l'autre) est pertinent. Il est aussi démontré que l'essai de flexion en trois points peut donner la
résistance en compression de BTC avec une précision de l'ordre de 20%. La seconde composante de la
maçonnerie est le mortier de terre (à plus de 88% en poids sec de terre) stabilisé au ciment. La littérature
n'apporte que peu d'information sur ces mortiers à forte teneur d'argile (entre 5 et 20% d'argile). Nous faisons un
bilan des procédures d'essais appropriés à ces types de mortier. Il en ressort l'impossibilité d'utiliser le
maniabilimètre AFNOR, la possibilité d'utiliser le cône d'Abrams et la nécessité d'appréhender le comportement
d'interface BTC-mortier. Enfin des échantillons de maçonnerie de formulations différentes, d'environ 1m 2 de
surface et des triplets de BTC maçonnés avec du mortier de terre sont testés en compression simple. Une
différence de 38% au maximum des résistances en compression entre ces 2 types d'échantillons a été observée.
Par ailleurs, l'application de la formule de l'Eurocode 6 (EC6) relative aux maçonneries conventionnelles
conduit, d'une manière générale, à la sous estimation de la résistance en compression des maçonneries BTC
par rapport aux valeurs expérimentales. Les rapports entre la résistance à la rupture calculée par la formule EC6
et la valeur expérimentale varient entre 44 et 72%.
Abstract
Compressed earth blocks (CEB) masonry make it possible to build individual houses at a low environmental
(and economic for poor countries) cost because of the use of local materials. Moreover, this step has a positive
social and economic impact since it supports the direct human work of construction, contrary to the current type
of construction based on the industrialization of the material production.
Architecture used in CEB construction is adapted to a material which should support only compression stress.
This thesis is a contribution to the formalization of CEB masonries buildings design which concerns, until now,
only the code of practice. Only masonry behaviour under vertical compression load is analysed.
As a preliminary, the CEB which constitute the principal component of masonry were studied. The various
compression tests used for CEB were presented and criticized. Compression test on two half built blocks
remains relevant. It was shown that three points bending test can also give compressive strength of CEB.
The second component of masonry is earth mortar stabilized with cement. There exists very little information
on these mortars with strong clay content (between 5 and 20 % and more). An overview of mortar tests able to
be used for earth mortar is made and lead to some propositions for future studies. Finally, two types masonry
samples were tested under vertical compression load ; 1m 2 masonry and three blocks bpnded samples. The
Euroeode 6 formula for masonry compressive strength assessment is used and the results compared with our.
experimental data.

FOLIO ADMINISTRATIF
THESE SOUTENUE DEVANT L'INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON
NOM : P'KLA DATE de SOUTENANCE : 03 Juillet 2002
(avec précision du nom de jeune fille, le cas échéant)
Prénoms : Abalo
TITRE : Caractérisation en compression simple des blocs de terre comprimée (BTEC) : Application aux maçonnerie « BTC –
Mortier de terre »
NATURE : Doctorat Numéro d'ordre : 02 ISAL 0037
Formation doctorale : Génie Civil: Sols, Matériaux, Structures, Physique du Bâtiment
Cote B.I.U. - Lyon : T 50/210/19 / et bis CLASSE :
RESUME :
Les maçonneries en BTC (Blocs de Terre Comprimée) permettent de construire des habitats individuels à un faible coût
environnemental (et économique pour les pays du sud) car on utilisa des matériaux locaux. De plus cette démarche a un
impact socioéconomique positif puisqu'elle favorise le travail humain direct de construction contrairement à la filière actuelle
basée sur l'industrialisation de la production du matériau. L'architecture utilisée est adaptée au matériau qui ne doit travailler
qu'en compression.
Cette thèse s'inscrit dans le contexte de formulation du comportement en compression des maçonneries en BTC. Nous avaons
pour cela effectué une étude de comportement des maçonneries en BTC sous compression simple verticale.
Le BTC est la composante principale de la maçonnerie. Ainsi une analyse de son comportement en compression simple est
faite. Les différentes procédures d'essais de compression utilisées jusqu'à maintenant sur BTC sont présentées et critiquées.
Nous arrivons à la conclusion que l'essai sue demis blocs maçonnés (l'un au dessus de l'autre) est pertinent. Il est aussi
démontré que l'essai de flexion en trois points peut donner la résistance en compression de BTC avec une précision de l'ordre
de 20%.
La seconde composante de la maçonnerie est le mortier de terre (à plus de 88% en poids sec de terre) stabilisé au ciment. La
littérature n'apporte que peu d'information sur ces types de mortier. Il en ressort l'impossibilité d'utiliser le maniabilimètre
AFNOR, la possibilité d'utiliser le cône d'Abrams et la nécessité d'appréhender le comportement d'interface BTC-mortier.
Enfin des échantillons de maçonnerie de formulations différentes, d'environ 1m2 de surface et des triplets de BTC maçonnés
avec du mortier de terre sont testés en compression simple. Une différence de 38% au maximum des résistances en
compression entre ces 2 types d'échantillons a été observée. Par ailleurs, l'application de la formule de l'Eurocode 6 (EC6)
relative aux maçonneries conventionnelles conduit, d'une manière générale, à la sous estimation de la résistance en
compression des maçonneries BTC par rapport aux valeurs expérimentales. Les rapports entre la résistance à la rupture
calculée par la formule EC6 et la valeur expérimentale varient entre 44 et 72%.
MOTS-CLES : Blocs de terre comprimée (BTC), compression simple, fissuration, mortier de terre, flexion, stabilisation,
rupture, homogénéisation, modélisation, essai à l'échelle 1, essai in situ, maçonnerie, terre crue.
Laboratoire (s) de recherches : Laboratoire Géomatériaux du Département Génie Civil et Bâtiment URA 1652 de l'Ecole
Nationale des Travaux Publics de l'Etat (ENTPE)
Directeurs de thèse: Messieurs Hervé DI BENEDETTO
Jean Claude MOREL
Président de jury : Monsieur le Professeur Bernard BAROUX
Composition du jury :
Jean Marie REYNOUARD, Pierre FORAY, Normando P. BARBOSA, Ali MESBAH, Myriam OLIVIER, Vincent
RIGASSI

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Compression strength from direct compression test (MPa)
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