Déroulement des essais

20 0 20 40 60 Temps (s) Déplacement (mm) 11.5_{4.5 5 5.5} 11 10.5 10 9.5 9 8.5 8 Temps (s) Déplacement (mm)

Figure 4.12 – Sollicitation imposée pendant l’essai de compactage sous vibrations

4.2 Déroulement des essais

4.2.1 Protocole expérimental

La figure 4.13 montre schématiquement le déroulement de la préparation des échantillons. Les granulats de laitier et le sable (voir section 1.3.1) sont séchés à l’atmosphère ambiante. Une gâchée d’environ 1 kg de béton frais est malaxée durant 2 minutes. La quasi-totalité du matériau est alors introduite dans le moule, déjà mis en place sur la machine d’essais située à proximité du malaxeur. L’introduction se fait “en pluie” à la cuiller afin de minimiser le gradient de densité dans la hauteur.

Séchage Pesée Malaxage

sable granulats

grains ciment

eau Remplissage

Essai

Figure 4.13 – Protocole de préparation de l’essai

4.2.2 Post-traitement des mesures

Le post-traitement des mesures consiste à convertir la mesure brute en une mesure plus adaptée pour l’analyse, en l’occurence l’échelle macroscopique de l’écrasement (voir la section 4.1.4). Il est décrit sur des résultats d’essais de compactage sous vibration, mais il est appliqué à tous les essais analysés à l’échelle macroscopique.

La mesure brute est un signal effort/déplacement. Le signal utilisé pour l’analyse est finalement un signal contrainte/densité issu des opérations de post-traitement.

4.2.2.1 Mesures brutes

Un résultat d’essai est présenté sur la figure 4.14. Il montre les oscillations de la contrainte mesurée en fonction de la sollicitation de déplacement imposée. La contrainte est calculée en divisant les efforts mesurés par la section de l’échantillon. La figure 4.15 est un zoom de la mesure sur une période de vibration.

4.2. Déroulement des essais

Figure 4.14 – Signal de contrainte mesuré par

la cellule “bas”

Figure 4.15 – Zoom du signal de contrainte

mesuré sur une période de vibration

La réponse du matériau peut être décomposée en deux phases successives, correspondant à des charge-ments différents sur l’échantillon :

Surface supérieure “libre”. Il existe toute une phase de l’essai pendant laquelle il n’y a pas contact entre

l’échantillon et la cellule de mesure d’effort “haut”. Il s’agit d’une phase de “vibration seule” puisque le poinçon supérieur n’exerce alors pas d’effort sur le béton. La cellule d’effort “bas” mesure unique-ment les efforts d’inertie et ne renseigne pas sur le comporteunique-ment du béton. En revanche, la vitesse de densification du béton est une mesure indirecte pertinente de la viscosité “macroscopique” du matériau. Les résultats montrent que la densification du béton sous vibration seule est contrôlée par l’accélérationγde la vibration. L’analyse ayant conduit à ces résultats est présentée en annexe J.

Surface supérieure en contact avec le poinçon. Il s’agit de la phase effective de compactage sous

vibra-tions. Dans le plan (σ, u), le signal élémentaire est représentatif de la réponse du béton frais à un écrasement sous vibration. Les figures 4.16 et 4.17 montrent l’évolution du signal d’effort “bas” mesuré durant un cycle de la vibration, en correspondance avec le déplacement imposé. L’effort est maximal à l’instant d’écrasement maximal du cycle, et s’annule au maximum de la décharge.

14.34 14.38 14.42 14.46 14.5 -29.2 -28.8 -28.4 -28 Temps (s) Déplacement (mm)

Figure 4.16 – Zoom sur quelques périodes

de la sollicitation de compactage sous

vibra-tion et visualisavibra-tion des instants de décharge

maximale et de charge maximale

14.34 14.38 14.42 14.46 14.5 -2500 -2000 -1500 -1000 -500 0 500 Temps (s) Eff or t (N)

Figure 4.17 – Zoom sur quelques périodes

de l’effort mesuré en compactage sous

vibra-tion et visualisavibra-tion des instants de décharge

maximale et de charge maximale

4. Les essais

4.2.2.2 Post-traitement pour l’analyse

Le signal est bruité par la mesure parasite des efforts d’inertie. Étant donné que l’essai est piloté en déplacement, ces efforts d’inertie sont connus et peuvent donc être corrigés. Cette correction n’est pas nécessaire pour la plupart des essais puisqu’elle est négligeable : les efforts d’inertie sont petits devant la contrainte d’écrasement.

De même que pour la sollicitation, le signal d’effort mesuré est à deux échelles en temps (voir la sec-tion 4.1.4). Or dans cette étude, l’efficacité de la sollicitasec-tion est définie comme sa capacité à compacter le béton frais sous de faibles niveaux de contrainte. L’échelle de temps associée au compactage est l’échelle “macroscopique”. Le détail de l’évolution de l’effort durant une période de vibration n’est donc pas né-cessaire, seule la valeur maximale est suffisante. Le choix pertinent est donc de considérer uniquement les

enveloppes des mesures brutes comme support d’analyse.

Les deux méthodes de filtrage des mesures brutes pour calculer le signal enveloppe sont :

Le filtrage direct : il correspond à une extraction graphique des points enveloppe du signal de contrainte

complet, comme indiqué sur la figure 4.18. La limite de la méthode est que le signal de contrainte “bas” est masqué par le bruit de mesure de l’accélération pour les faibles niveaux de contrainte. Ce-pendant, cette zone n’est pas la zone d’intérêt. De plus, le signal filtré conserve ainsi artificiellement une mesure des efforts d’inertie (la valeur de l’effort mesuré pendant toute la période de vibration seule). Ceci permet donc, visuellement, d’avoir une information sur l’accélération imposée lors de la comparaison de plusieurs essais.

Le filtrage indirect : il permet de construire les courbes enveloppes “calculées”, en supposant que la

contrainte se propage instantanément dans tout l’échantillon. La démarche est la suivante. La figure 4.16 montre un signal de mesure du déplacement imposé durant un cycle d’un essai de compac-tage sous vibrations. Aux deux instants de charge maximale et de décharge maximale on associe les instants tcet td. On détermine les efforts correspondants Fc= F(tc), qui est l’effort correspondant au déplacement maximal du cycle, et Fd= F(td)) correspondant à la décharge maximale du cycle. Si l’hypothèse que la contrainte se propage instantanément dans tout l’échantillon est vraie, alors l’effort correspondant au déplacement maximal est l’effort maximal du cycle. Alors, en répétant le processus à chaque période de vibration, l’enveloppe du signal d’effort est calculée.

Cette méthode a l’avantage de révéler la zone de mesure masquée par le bruit de mesure de l’accélé-ration. Par contre, elle est soumise à l’hypothèse de propagation instantanée.

−60 −50 −40 −30 −20 −10 0 −2 −1.5 −1 −0.5 0 Déplacement (mm) Contrainte (MPa)

Figure 4.18 – Le signal brut de contrainte est remplacé par son enveloppe directe

Nous avons décidé de travailler avec le filtrage direct (plus précis) pour l’analyse de essais de compac-tage sous vibration, et avec le filtrage indirect pour l’analyse des essais de relaxation (la zone masquée est nécessaire à l’exploitation des résultats).