Caractérisation de l’état durci du bloc béton

Les essais précédents permettent de caractériser l’état frais des bétons utilisés pour la fabrication de bloc. Les éprouvettes fabriquées sont alors stockées durant 7 jours avant la réalisation d’essais permettant d’évaluer leurs propriétés à l’état durci. Il s’agit de mesurer la résistance en compression des blocs, afin de caractériser leur capacité de portance. Par ailleurs, cette caractéristique est également mesurée sur les éprouvettes de taille réduite afin de déterminer une relation entre les géométries. Ainsi, il serait possible de fabriquer des éléments simples et ne nécessitant pas l’utilisation des presses vibrantes de l’usine pour l’optimisation de la formulation du produit.

L’exigence normative concernant la résistance en compression correspond à l’obligation de déclaration à la livraison des industriels. Or, cette échéance varie selon les besoins (5 à 10 jours), ainsi pour faire une moyenne, la résistance en compression a été mesurée à 7 jours sur les éprouvettes et blocs de la thèse après un stockage dont les conditions ont été présentées précédemment.

La mesure de la résistance en compression nécessite un traitement préalable des éprouvettes : le surfaçage des surfaces d’appui. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées et cette partie présente celles choisies dans le cadre de la thèse, avant de décrire le protocole expérimental de la mesure de la résistance en compression.

4.1. Surfaçage des éprouvettes

Le surfaçage des éprouvettes permet de préparer les faces en contact avec les plateaux de la machine d’essai, en éliminant les rugosités et aspérités qui provoquent des singularités et par suite une rupture prématurée par poinçonnement du bloc. Ce traitement permet de mesurer par la suite la résistance en compression effective du bloc.

Deux méthodes de surfaçage sont utilisées durant la thèse : le surfaçage au soufre et celui au mortier.

4.1.1. Surfaçage au soufre

Le surfaçage au soufre est utilisé pour les éprouvettes cubiques. C’est un traitement rapide à réaliser. Le matériel suivant est utilisé :

1. un espace de travail plan et dont la surface est lisse ;

2. un cadre dont les dimensions sont supérieures à celles du cube ;

3. une louche ;

4. un récipient chauffé électriquement avec thermostat de régulation ;

5. un mélange de soufre et sable sous forme de poudre (80/20) ;

6. une huile de démoulage ;

La figure 57 présente l’ensemble du matériel.

Figure 57 : Matériels pour le surfaçage au soufre

Le mode opératoire est le suivant :

· le mélange de poudres est chauffé afin d’obtenir un liquide peu visqueux ;

· l’espace de travail ainsi que le cadre sont nettoyés et huilés afin de faciliter le démoulage ;

· le liquide obtenu est versé dans le cadre afin d’obtenir une fine couche (environ 3 mm) ;

· le cube est posé rapidement au centre de cette couche et un niveau est utilisé pour vérifier la planéité (figure 58 a) ;

· le liquide durcit très rapidement et le cube surfacé peut être démoulé du cadre (figure 58 b). Ces étapes sont répétées pour réaliser le surfaçage de la deuxième face d’appui, puis sur l’ensemble des cubes fabriqués. La figure 58 illustre le surfaçage au soufre d’un cube.

a b

Figure 58 : (a) Surfaçage au soufre des cubes - (b) Cube surfacé

1 2 3 4 5 6 7 2

4.1.2. Surfaçage au mortier

Le surfaçage au soufre est pratique pour des éprouvettes de petites dimensions. Toutefois, la fleur de soufre est un matériau cher. C’est pourquoi, le surfaçage des blocs est réalisé à partir d’un mortier, présentant un durcissement accéléré.

Le matériel utilisé est le suivant :

· une surface de travail plane, lisse et non adhérente (utilisation d’un film plastique) ;

· un contour dont les dimensions sont

supérieures au bloc ;

· ^{un malaxeur à mortier ;}

· ^{un mélange pour mortier de surfaçage :}

utilisation d’un ciment Prompt afin d’accélérer le durcissement ;

· un niveau. _{Figure 59 : Matériels pour le surfaçage au mortier}

Le surfaçage au mortier se déroule en plusieurs étapes :

· la surface de travail est nettoyée puis le film plastique et le cadre sont mis en place ;

· le mortier de surfaçage est malaxé afin d’obtenir une consistance adéquate ;

· à l’aide d’une truelle, le mortier de surfaçage est mis en place dans le cadre en une couche uniforme ;

· l’éprouvette est disposée sur le mortier et sa planéité est vérifiée à l’aide d’un niveau ;

· le cadre est récupéré et le mortier durci pendant 3-4 h avant récupération de l’éprouvette surfacée.

Ces étapes sont répétées pour la deuxième face d’appui de l’éprouvette et sur l’ensemble des blocs à tester.

4.2. Résistance en compression

La mesure de la résistance en compression est nécessaire au dimensionnement des structures construites à l’aide des blocs. Elle consiste à déterminer la contrainte maximale supportée par le produit avant rupture.

Dans le cadre de la thèse, la résistance en compression est déterminée sur bloc et cube. Il existe des normes décrivant le mode opératoire à utiliser : pour les blocs NF EN 772-1 - Méthodes d'essai des

éléments de maçonnerie - Partie 1 : Détermination de la résistance à la compression et pour les cubes

NF EN 12390-3 - Essais pour béton durci - Partie 3 : résistance à la compression des éprouvettes. Les machines d’essai de compression utilisées sont conformes à la norme NF EN 12390-4 - Essais pour

béton durci - Partie 4 : résistance en compression - Caractéristiques des machines d'essai. La figure 61

présente les machines d’essai utilisées.

a b

Figure 61 : Machines d'essai utilisées pour les cubes et alvéoles (a) et les blocs (b)

Le protocole suivant est utilisé pour mesurer la contrainte maximale :

· l’éprouvette est placée au centre du plateau de la machine d’essai ;

· après sécurisation de la zone d’essai, la montée en charge commence. Le tableau 17 présente les vitesses utilisées en fonction des éprouvettes ;

Éprouvette Bloc Cube

Vitesse de montée en charge (MPa/s) 0,05 0,6 ± 0,2

Surface d’appui (cm²) 960 100

Tableau 17 : Vitesses de montée en charge et surfaces d’appui en fonction de la géométrie de l’éprouvette

· la contrainte maximale est déterminée à la rupture de l’éprouvette.

L’essai est réalisé sur 3 échantillons pour chaque type d’éprouvette. La résistance en compression est obtenue à partir de la contrainte maximale et de la surface d’appui de l’éprouvette (tableau 17). Dans le cas des blocs, la norme NF EN 772-1 - Méthodes d'essai des éléments de maçonnerie - Partie 1 :

Détermination de la résistance à la compression précise que la surface d’appui à prendre en compte

correspond à la surface brute des éléments, soit le produit de sa longueur et de sa largeur. Résistance en compression (MPa) = ^{10 * Contrainte maximale (kN)}

Conclusion

Le développement de la méthode de formulation nécessite la réalisation de divers essais. Ils permettent d’adapter le modèle d’empilement compressible à une mise en place par presse vibrante dans un bloc. Ils caractérisent également les propriétés aux états frais et durci d’un bloc, afin de les relier à sa formulation ou à celles d’éprouvettes de taille réduite.

Ces essais permettent de déterminer l’indice de serrage d’une mise en place sur presse vibrante en fonction des paramètres de vibration, ainsi que l’évaluation de l’effet de paroi développé en fonction de la géométrie spécifique du moule de bloc et des tailles des grains. À partir de ces résultats, le modèle d’empilement compressible sera adapté et sa précision pour la simulation de la compacité des mélanges granulaires de bloc sera déterminée. L’influence de la teneur en eau sera également étudiée. L’ensemble des paramètres du cycle de fabrication des blocs sur presse vibrante sont présentés, notamment, les caractéristiques de la vibration étudiées sont détaillées. Par ailleurs, des cubes sont également fabriqués afin de comparer leurs propriétés à celles des blocs et permettre ainsi une optimisation de la formulation sans arrêt du cycle de production.

Pour finir, afin de relier les propriétés du bloc à sa formulation, plusieurs essais sont réalisés. En particulier, deux protocoles sont développés durant la thèse pour caractériser la consistance d’un béton sec à l’état frais. Celle-ci est définie par une aptitude à se mettre en place par vibro-compactage dans une paroi fine et haute puis un démoulage immédiat sans coller aux parois. Par ailleurs, l’état durci est également étudié. La résistance en compression des différentes éprouvettes est mesurée à 7 jours, après un traitement des échantillons par surfaçage afin d’éliminer les rugosités pouvant entrainer une rupture prématurée par poinçonnement.