Masses Volumiques

ESSAI EN LABORATOIRE:

LES MASSES VOLUMIQUES

SOMMAIRE

SOMMAIRE

definition masse volumique

COMMENT DETERMINER UNE MASSE VOLUMIQUE

MASSE VOLUMIQUE APPARANTE

MASSE VOLUMIQUE ABSOLUE

Cours à imprimer et video

DEFINITION D'UNE MASSE VOLUMIQUE

La masse volumique d’un corps est la masse de l’unité de volume de ce corps. Comme on distingue le volume absolu et le volume apparent, il faut distinguer de même : - Masse volumique absolue : c’est la masse de l’unité de volume absolu du corps, c’est-à-dire de la matière qui constitue le corps, sans tenir compte du volume des vides. - Masse volumique apparente : c’est la masse de l’unité de volume apparent du corps, c’est-à-dire le volume constitué par la matière du corps et les vides qu’il contient. - Son unité de système international est le Kilogramme par mètre cube, kg/m3 - Il ne faut pas confondre masse volumique et densité, la densité est le rapport entre la masse d’un certain volume d’un corps et la masse du même volume d’eau. Une densité est donc une grandeur sans dimension, tandis que la masse volumique s’exprime en fonction des unités choisies (kilogrammes par mètre cube, par exemple).

COMMENT DETERMINER UNE MASSE VOLUMIQUE

Il suffit de déterminer le volume (absolu ou apparent) occupé par une certaine masse du corps étudié. La détermination des masses ne présente en général aucunes difficultés. Il n’en est pas de même pour les volumes. Et le problème est très différent suivant qu’il s’agit de volume absolu ou de volume apparent : nous traiterons chacune de ces questions séparément.

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE, MVapp:

Définition

Mode opératoire pour les granulats

Déterminer la MV app

Questionnaire préparatoire

Mode Opératoire MVapp Liant

Compte-rendu de l'essai

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE: Définition

C'est la masse de l'unité de volume apparent du corps, c'est à dire du volume constitué par la matière du corps et les vides qu'elle contient. Ce volume apparent correspond à la mesure dans l'air du volume du matériau mis en place sans serrage ni tassement, ni recherche quelconque d'un meilleur garnissage. La masse volumique apparente varie suivant:  La valeur de la masse volumique absolue du matériau constituant les grains.  La forme des grains.  La granularité.  La teneur en eau

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE: Détermination

1 MATÉRIAUX SE PRÉSENTANT SOUS FORME GRANULAIRE

Il suffit de déterminer le volume apparent occupé par une certaine masse du corps étudié. Pour cela, remplir un récipient du volume intérieur V connu et déterminer la masse M du matériau introduit. La détermination des masses ne présente en général aucune difficulté. Il n'en est pas de même pour les volumes 1.1 Les Granulats Le volume V du récipient dépend de la grosseur des grain s. A titre indicatif 10 dm3 pour les cailloux, 5 dm3 pour les graviers 1 à 2 dm3 pour les sables. La dimension principale du récipient doit être supérieure ou égale à cinq fois le diamètre des plus gros grains. 1.2 Les Liants Des manipulations répétées peuvent provoquer la « gale du ciment » on évitera donc le contact avec les mains; on utilisera un entonnoir munis d'un tamis pour remplir le récipient utilisé: une mesure de 5 dm3.

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE: Détermination

2 MATÉRIAUX NE SE PRÉSENTANT PAS SOUS FORME GRANULAIRE

Le problème réside dans la détermination du volume de l'échantillon du matériau considéré. 2.1 Echantillon de forme simple Pour les échantillons de formes simples (prisme, cylindre, ...) il suffit de mesurer les caractéristiques géométriques et d'effectuer le calcul du volume.

2.2 Echantillon de forme complexe Pour les échantillons de formes complexes (cas notamment des blocs de roche), détermination du volume par immersion dans un liquide. Soit dans l'eau sur un échantillon paraffiné, par la méthode de la balance hydrostatique (ou du ballon). Soit dans du mercure. Il existe également une méthode par mesure de l'absorption d'un rayon à travers un échantillon (seulement quand un grand nombre de mesure est demandé).

Difficultés : Très grande influence du tassement, donc du mode de remplissage de la mesure. Ces conditions de tassement doivent pouvoir : - Etre réalisé avec un matériel aussi simple que possible ; - Procurer des résultats très voisins à des expérimentateurs différents.

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE:Mode Opératoire granulats

Matériels à préparer

Auge de maçon avec prélèvement de sable

3 Récipients de mesure de différentes contenances

Bac en aluminium

Balance électronique deprécision

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE:Mode Opératoire granulats

La manipulation doit être répétée 4 fois pour avoir un résultat relativement juste, pour mieux comprendre, nous allons servir du tableau comme exemple

1- Allumer la balance électronique et poser dessus le récipient de mesure.

2- Relever la masse du récipient vide et l'inscrire dans le tableau sur la ligne MRV (Masse Récipient Vide)

On pèse le récipient et on note sa masse dans la première case MRV

0,881

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE:Mode Opératoire granulats

3 - Placer le récipient de mesure dans L'auge de maçon.

4 - Placer ces deux mains à 10 cm environ au-dessus d’une mesure, et laisser tomber ce sable, ni trop vite, ni trop lentement.

5 - Verser ainsi le corps, toujours au centre de la mesure, jusqu’à ce qu’il déborde tout autour en formant en cône

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE:Mode Opératoire granulats

6- Araser à la règle.

Pour araser, on part du centre vers les extérieurs, en faisant attention à ne pas tasser le sable.

7- Peser le contenu et inscrire la masse relevée dans le tableau sur la ligne MRP (Masse Récipient Plein)

0,881

On pèse le récipient avec le sable et on note sa masse dans la première case MRP

2,580

La méthode est fidèle, si le processus est respecté. Il est recommandé de faire plusieurs essais, et de prendre la moyenne des résultats.

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE:Mode Opératoire granulats

Refaire la même méthode avec les 3 autres récipients et finir de compléter le tableau.

Pour l'exemple, nous allons remplir le tableau.

0,881

2,580

Ici, nous avons pris un récipient de 1 dm3, soit 1 litre

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE:Mode Opératoire granulats

Refaire la même méthode avec les 3 autres récipients et finir de compléter le tableau.

Le tableau est complété, il ne reste qu'à faire les calculs.

Calculons maintenant M qui est la masse de la prise d'essai et dont la formule est:

M = MRP - MRV

0,881

1,742

4,397

2,637

Calcul de M pour la prise d'essai n°1, que l'on va appeler M1:

5,183

12,743

7,680

2,580

= MRP1 - MRV1= 2,580 - 0,881

M1

= 1,699 kg

M1

8,346

5,043

3,440

1,699

Calcul de M pour la prise d'essai n°2, que l'on va appeler M2:

= MRP2 - MRV2= 7,680 - 2,637

M2

= 5,043 kg

M2

Calcul de M pour la prise d'essai n°3, que l'on va appeler M4:

Calcul de M pour la prise d'essai n°3, que l'on va appeler M3:

= MRP4 - MRV4= 5,183 - 1,743

M4

= MRP3 - MRV3= 12,743 - 4,397

M3

= 3,440 kg

M4

= 8,346 kg

M3

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE:Mode Opératoire granulats

Il reste à calculer masse volumique apparente de chaque prise d'essai, pour cela, la formule est:

Calcul de MVapp pour la prise d'essai n°1, que l'on va appeler MVApp1:

1,699

Masse de la prise d'essai 1 en kg

Volume du récipient en dm3

1,699 kg/dm3

0,881

1,742

4,397

2,637

Calcul de MVapp pour la prise d'essai n°2, que l'on va appeler MVApp2:

5,183

12,743

7,680

2,580

5.043

Masse de la prise d'essai 2 en kg

Volume du récipient en dm3

1,681 kg/dm3

8,346

5,043

3,440

1,699

Calcul de MVapp pour la prise d'essai n°3, que l'on va appeler MVApp3:

1,669

1,681

1,699

1,720

8,346

Masse de la prise d'essai 3 en kg

Volume du récipient en dm3

1,692

1,669 kg/dm3

Calcul de MVapp pour la prise d'essai n°4, que l'on va appeler MVApp4:

Calcul de la Masse Volumique Apparente de l'échantillon:

MVApp1 + MVApp2 + MVApp3 + MVApp4

3,440

Masse de la prise d'essai 4 en kg

MVApp =

Nombre d'essais

Volume du récipient en dm3

1,699 + 1,681 + 1,669 + 1,720

1,720 kg/dm3

MVApp = = 1,692 kg/dm3

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE: Mode opératoire Liant

ATTENTION AVEC L'UTILISATION DES LIANTS Des manipulations répétées peuvent provoquer « la gale du ciment », qui provoque des sécheresses, gerçures et crevasses sur la peau au contact des ciments et de la chaux, il s’agit d’un eczéma du ciment. Cette affection touche particulièrement les ouvriers travaillant dans le bâtiment ou tout autre secteur qui nécessite la manipulation du ciment. D’où l’intérêt de mettre au point un matériel évitant de verser le ciment à l’aie des mains ; mais ce nouveau procédé devra donner des résultats identiques à ceux obtenus à l’aide des mains formant l’entonnoir, cette dernière méthode constituant le procédé de base.

Matériel à utiliser pour exécuter l'expérience:

Un entonnoir monté sur trépied

Une règle à araser

Une balance électronique de précision

Un récipient calibré

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE: Mode opératoire Liant

1 - Placer l’entonnoir au-dessus du centre de la mesure. Fermer l’opercule.

Opercule à fermer

Récipient calibré

2 - Verser une petite quantité (environ 200 g) de ciment sur la passoire, et la faire descendre dans l’entonnoir à l’aide de la spatule.

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE: Mode opératoire Liant

3 - Ouvrir l’opercule : le ciment tombe dans la mesure. Refermer l’opercule. Recommencer avec de nouvelles quantités de ciment, jusqu’à ce que se produise le débordement tout autour.

5 - Araser à la règle

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE: Mode opératoire Liant

6 - Peser le contenu de l'échantillon:

Reprenons le tableau pour mieux comprendre

Remplissage du tableau

On pèse le récipient et on note sa masse dans la première case MRV , ici un récipient de 1 dm3.

0,881

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE: Mode opératoire Liant

6 - Peser le contenu de l'échantillon:

Il faur déposer le plus délicatement possible l'échantillon sur la balance électronique pour éviter tout tassement.

Remplissage du tableau

0,881

On pèse le récipient avec le sable et on note sa masse dans la première case MRP

1,883

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE: Mode opératoire Liant

Refaire la même méthode avec les 3 autres récipients de même capacité et finir de compléter le tableau.

Pour l'exemple, nous allons remplir le tableau.

Remplissage du tableau

0,881

1,883

Ici, nous avons pris un récipient de 1 dm3, soit 1 litre

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE: Mode opératoire Liant

Les trois autres essais sont réalisée et le tableau complété, passons miantenant aux calcul de la Masse de la prise d'essai M

Remplissage du tableau

M = MRP - MRV

0,878

0,880

0,883

0,881

Calcul de M pour la prise d'essai n°1, que l'on va appeler M1:

= MRP1 - MRV1= 1,883- 0,881

M1

1,880

1,883

1,887

1,877

= 1,002 kg

M1

Calcul de M pour la prise d'essai n°2, que l'on va appeler M2:

1,004

1,002

1,006

1,002

= MRP2 - MRV2= 1,880 - 0,878

M2

= 1,002 kg

M2

Calcul de M pour la prise d'essai n°3, que l'on va appeler M4:

Calcul de M pour la prise d'essai n°3, que l'on va appeler M3:

= MRP4 - MRV4= 1,877 - 0,881

M4

= MRP3 - MRV3= 1,887 - 0,883

M3

= 1,006 kg

M4

= 1,004 kg

M3

MASSE VOLUMIQUE APPARENTE: Mode opératoire Liant

Il reste à calculer masse volumique apparente de chaque prise d'essai, pour cela, la formule est:

Calcul de MVapp pour la prise d'essai n°1, que l'on va appeler MVApp1:

1,002

Masse de la prise d'essai 1 en kg

Volume du récipient en dm3

1,002 kg/dm3

0,878

0,880

0,883

0,881

Calcul de MVapp pour la prise d'essai n°2, que l'on va appeler MVApp2:

1,880

1,883

1,887

1,877

1,002

Masse de la prise d'essai 2 en kg

Volume du récipient en dm3

1,002 kg/dm3

1,004

1,002

1,006

1,002

Calcul de MVapp pour la prise d'essai n°3, que l'on va appeler MVApp3:

1,004

1,002

1,006

1,002

1,004

Masse de la prise d'essai 3 en kg

Volume du récipient en dm3

1,004

1,004 kg/dm3

Calcul de MVapp pour la prise d'essai n°4, que l'on va appeler MVApp4:

Calcul de la Masse Volumique Apparente de l'échantillon:

MVApp1 + MVApp2 + MVApp3 + MVApp4

1,006

Masse de la prise d'essai 4 en kg

MVApp =

Nombre d'essais

Volume du récipient en dm3

1,002 + 1,002 + 1,004 + 1,006

1,006 kg/dm3

MVApp = = 1,004 kg/dm3

MASSE VOLUMIQUE ABSOLUE, MVabs:

Définition

Mode opératoire MVAbs - Granulats

Déterminer la MVAbs

Questionnaire préparatoire

Compte-rendu de l'essai

MASSE VOLUMIQUE ABSOLUE: Définition

C'est la masse de l'unité de volume absolu du corps, c'est à dire du volume constitué par la matière du corps, sans tenir compte du volume des vides qu'elle contient. Elle n'a pas d'unité, c'est un coefficient. 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 ou masse volumique absolue. Par ailleurs, la connaissance simultanée de la masse spécifique et de la masse volumique apparente sèche permet de calculer la compacité C et le pourcentage des vides V dans un échantillon. Ainsi un matériau tassé ou comprimé soit sa masse volumique apparente sèche tendre vers sa masse volumique spécifique .

Les normes NFP 18.554 et 18.555 définissent la masse volumique absolue des gravillons, cailloux et sables, comme le quotient de la masse sèche de l'échantillon par le volume de sa matière (volume absolu tous vides déduits).

La mesure du volume des solides ne tient pas compte des pores fermés contenus par les granulats. Si l’on veut réellement mesurer la masse spécifique d’un corps creux, il faut le réduire en poudre suffisamment fine pour que chaque grain soit constitué de matière solide.

MASSE VOLUMIQUE ABSOLUE: Détermination

Le volume absolu du corps est généralement déterminé en mesurant le volume d'un liquide que déplace l'introduction de ce corps. Pour des raisons de commodité, de sécurité et d'économie, le liquide employé est, aussi souvent que possible, l'eau. Certains corps réagissant avec l'eau, tels que les ciments, conduisent à utiliser un autre liquide. Ce qui nous amènera à différencier les deux cas. Remarque: Les instruments et procédés utilisés pour les liants conduisent à des résultats plus précis, et peuvent aussi bien être utilisés avec d'autre corps, dans la mesure où ceux-ci peuvent être introduits dans l'appareil. Note: Si l'on désire mesurer la masse volumique absolue d'un corps poreux, il faut le réduire en poudre suffisamment fine (grains < 200 microns) pour que chaque grains soit supposé constitué de matière pleine.

MASSE VOLUMIQUE ABSOLUE : Mode opératoire Granulats

Matériels à préparer

Une tige agitateur

Auge de maçon avec prélèvement de sable

3 Récipients de mesure de différentes contenances

Des éprouvettes graduées en plastiqued'une capacité d'au moins 1 litre.

Balance électronique de précision

Un entonnoir pour le remplissage

MASSE VOLUMIQUE ABSOLUE : Mode opératoire Granulats

1 - Mettre dans une éprouvette graduée un volume V1, d’eau, la hauteur maximale de l'eau sera la mi-hauteur de l'éprouvette.

2 - Relever le Volume V1 et l'inscrire dans le tableau.

Attention: A noter une légère courbure à la périphérie de la surface, là où le liquide touche les parois du récipient. Cette courbure se nomme un ménisque. Quand tu observes la quantité d’un liquide contenu dans un récipient, tu dois le voir au niveau de l’œil. La lecture s'effectue au niveau de la surface libre.

Surface libre du liquide

MASSE VOLUMIQUE ABSOLUE : Mode opératoire Granulats

3 - Peser une masse M du granulat (de l’ordre de 300 g), noter la masse exacte dans le tableau récapitulatif:

4 - Introduire cette masse M de granulat dans l'éprouvette:

Une fois le sable versé dans l'épeouvette, remuer le sable à l'aide de la tige agitateur pour évacuer les bulles d'air.

Dans la mesure du possible, utiliser l'entonnoir pour déverser le sable dans l'éprouvette, cela évite d'en renverser à coté.

MASSE VOLUMIQUE ABSOLUE : Mode opératoire Granulats

5 - Une fois le sable reposé dans l'éprouvette, effectuer la lecture du nouveau volume V2. Reporter la valeur dans le tableau

Lecture V2

6 - Une fois le sable reposé dans l'éprouvette, effectuer la lecture du nouveau volume V2. Reporter la valeur dans le tableau

MASSE VOLUMIQUE ABSOLUE : Mode opératoire Granulats

Regardons ensemble comment compléter le tableau:

Relever le volume d'eau dans l'éprouvette, ici 370 cl (centilitres)

370

315

874

Relever la masse de l'échantillon de sable, ici 317 gr (grammes)

Relever du volume V2 (sable +eau), ici 874gr (grammes)

MASSE VOLUMIQUE ABSOLUE : Mode opératoire Granulats

Les essais suivants sont rélisés, les résultats notés dans le tableau et le matériel est nettoyé et rangé. Passons maintenant aux calculs

Calcul du volume absolue de l'essai N°1:

V essai1 = V2 essai1 - V1 essai1

V essai1 = 874 - 370

350

396

402

370

V essai1 = 504 cl

315

320

299

303

Calcul du volume absolue de l'essai N°2:

874

887

860

869

V essai2 = V2 essai2 - V1 essai2

V essai2 = 887 - 402

510

485

504

473

V essai2 = 485 cl

Calcul du volume absolue de l'essai N°3:

V essai3 = V2 essai3 - V1 essai3

Calcul du volume absolue de l'essai N°4:

V essai3 = 869 - 396

V essai4 = V2 essai4 - V1 essai4

V essai3 = 473 cl

V essai4 = 860 - 350

V essai4 = 510 cl

MASSE VOLUMIQUE ABSOLUE : Mode opératoire Granulats

Calclons à présent la Masse Volumique de chaque essai, et ensuite la masse Volumique Absolue de l'échantillon.

Calcul de la Masse volumique absolue de l'essai N°1:

M essai1

315

MV Abs essai1= =

V essai1

504

MV Abs essai1 = 0,625

350

396

402

370

Calcul de la Masse volumique absolue de l'essai N°2:

M essai2

303

MV Abs essai2= =

315

320

299

303

V essai2

485

874

887

860

869

MV Abs essai2 = 0,624

510

485

504

473

Calcul de la Masse volumique absolue de l'essai N°3:

M essai3

299

MV Abs essai3= =

0,628

0,624

0,625

0,632

V essai3

473

0,628

MV Abs essai3 = 0,632

Calcul de la Masse Volumique Absolue de l'échantillon:

Calcul de la Masse volumique absolue de l'essai N°4:

M essai4

320

MV essai 1 + MV essai 2 + MV essai 3 + MV essai 4

MV Abs essai4= =

MVABS =

V essai4

510

Nombre d'essais

MV Abs essai4 = 0,628

0,625 + 0,624 + 0,632 + 0,628

0,628

MVABS = =

QUESTIONNAIRE PREPARATOIRE A L'ESSAI EN LABORATOIRE

Règle très importante: Tu es obligé de répondre à ce questionnaire pour passer à l'étape suivante qui est la réalisation de l'essai. Pour effectuer cette opération, tu dois télécharger et enregistrer le documents avant de l' remplir, pour cela, tu cliques sur l'icône en dessous, tu réponds aux questions, tu l'enregistres et tu l'envois à l'enseignant qui t'a demandé d'effectuer le travail, par l'ENT. Si pour des raisons quelconques, tu n'as pas de logiciels qui te permettent de lire le document, tu peux télécharger et installer sur ton Ordilib le logiciel ci-dessous en cliquant sur l'icône.

Lien pour télécharger le questionnaire Masse Volumique Apparente

Lien pour télécharger le questionnaire Masse Volumique Absolue

Lien de téléchargement Acrobat reader gratuit

Uniquement si tu ne l'as pas sur ton PC

COMPTE-RENDU DE L'ESSAI EN LABORATOIRE

En cliquant sur l'icône ci-dessous, tu vas télécharger le document qui va s'ouvrir. Tu auras du travail préparatoire avant ton arrivée en cours: Sur une feuille de brouillon, tu pourras répondre aux questions suivantes:- La première question: "Citer le matériel à préparer". - La deuxième question:" Relever les étapes de l'épreuve....", si ta préparation est bien faite, avec des schémas et que les explications sont claires, tu réalisera l'essai rapidement et facilement. Une fois ton travail préparé au brouillon, tu le gardes et l'amène en classe le jour de la mise en oeuvre de l'essai. Tu devra réaliser une mise au propre pour le cours suivant.

Très important: Le travail demandé doit être fait, sinon, tu ne pourras pas réaliser l'essai

Lien pour télécharger le Compte-rendu MV App

Lien pour télécharger le Compte-rendu MV abs

COURS A TELECHARGER ET IMPRIMER

Si tu veux le cours cliques sur l'icône icônes ci-dessous, tu télécharges la page qui s'ouvre dans l'onglet.Quand tu reviendras au lycée, tu iras soit au CDI, soit dans la salle de l'atelier pour imprimer les feuilles qui t'aideront à réaliser l'essai et compléter le questionnaire. En plus, pour faciliter la compréhension, tu peux aussi regarder les vidéos, elles aussi peuvent t'aider à remplir le questionnaire.

Cours sur les masses volumiques apparentes

Cours sur les masses volumiques abolues

Vidéo sur les masses volumiques apparentes

Vidéo sur les masses volumiques abolues