Chapitre II-3 : Confinement actif de cylindres en béton grâce à des fils en AMF
II- 3.2. Essais d’écrasement de cylindres confinés
enroulé sur leur surface latérale sont testés en compression uniaxiale jusqu’à la rupture. L’objectif est de comparer le comportement de ces cylindres avec divers modes et divers taux de renforcement, à celui d’un cylindre témoin non renforcé.
II-3.1. Création de confinements actifs dans des cylindres
II-3.1.1. Dispositif expérimental
II-3.1.1.1. Cylindres en béton
Une série de cylindres en béton de diamètres 74,4 mm et de hauteur 180 mm a été préparée. Les moules ont été découpés dans un tuyau en PVC afin que la surface extérieure des cylindres soit lisse. La composition du béton est la suivante (en kg.m-3) : gravier 1039,2 ; sable 782,7 ; ciment 324,5 ; eau 176,1. Du fait de la dimension des cylindres, la taille maximale des aggrégats a été limitée à 12,5 mm. Le mélange utilisé permet d’obtenir une résistance en compression de 25 MPa au bout de 28 jours. Deux douilles filetées ont été disposées à une distance de 20 mm des extrémités du cylindre. Elles permettent l’accrochage du fil en AMF une fois le béton durci. Les cylindres ont été conservés dans leurs moules sous plastique après le coulage avant d’être démoulés à 28 jours puis conservés à l’air au laboratoire. Les cylindres ont été ensuite pesés afin d’éliminer ceux qui présenteraient des défauts tels que des vides internes par exemple.
Les cylindres sont ensuite équipés de jauges extensométriques (Figure II.28) : deux jauges circonférentielles diamétralement opposées pour les cylindres destinées aux essais de confinement ; deux jauges circonférentielles plus deux jauges longitudinales diamétralement opposées pour un cylindre destiné à la mesure du module d’Young Ec et du coefficient de Poisson
ν
c du béton. Des essais de compression réalisés sur ce dernier cylindre à l’âge de 105 jours ont donné les valeurs moyennes suivantes : Ec = 25,2 GPa etν
c = 0,193.Figure II.28. Cylindres en béton utilisés pour les essais : pour la mesure de Ec et υc (gauche) ; pour les essais de confinement (droite) [II-3].
II-3.1.1.2. Fil en AMF
du fil enroulé sur les cylindres. Comme dans le cas des poutrelles, les fils ont été étirés à l’état martensitique avant d’être enroulés sur les cylindres, selon la procédure décrite au Chapitre II-1 :
• Etape I : mise du fil à l’état de martensite auto-accommodante à température ambiante
(étapes 1 à 3).
• Etape II : création d’une pré-déformation
ε
mar dans un état de martensite orientée par étirement du fil martensitique à température ambiante (étapes 4 et 5).• Etape III : enroulement du fil pré-déformé sur le cylindre avec un pas constant de 2mm. Le
fil est ensuite fermement fixé sur le cylindre à l’aide de deux vis placées dans les deux douilles filetées aux extrémités du cylindre.
Une vue du cylindre du cylindre équipé des deux jauges extensométriques circonférentielles et du fil enroulé est présentée à la Figure II.29, ainsi que les pré-déformations
ε
mar choisies pour les sept essais réalisés. Il est à noter que le cylindre C0 utilise un fil d’AMF à l’état martensitique non pré-déformé (ε
mar=0).Figure II.29. Préparation des cylindres : a) cylindre avec fil d’AMF enroulé avec un pas de 2mm. b) valeurs de la pré-déformation
ε
marpour les sept essais [II-3].Les dispositifs utilisés pour l’étirement et l’enroulement des fils seront présentés dans la deuxième partie du chapitre (cf. §II-3.2).
II-3.1.2. Réalisation des essais et résultats
Les cylindres sont placés dans une enceinte thermique régulée. Un même cycle thermique est appliqué pour tous les cylindres selon la procédure suivante :
• Etape IV : chauffage des cylindres jusqu’à 60°C (supérieur à
A
0f) à raison de +1,6°C/min pour provoquer le retour des fils à l’état austénitique (durée de 30 minutes).• Etape V : retour à température ambiante à -1,2°C/min (durée de 45 minutes).
L’activation thermique de l’effet mémoire provoque la mise en tension du fil, ce qui crée une contrainte de confinement dans le cylindre. Cet état de confinement provoque la déformation circonférentielle du cylindre, qui est mesurée par les jauges d’extensométrie au cours de l’essai. L’influence de la température sur les mesures est corrigée par comparaison avec un cylindre simple (sans fil en AMF) testé dans les mêmes conditions.
En s’aidant des équations classiques de la MMC appliquées à un cylindre élastique plein et moyennant une analyse complémentaire par éléments finis pour évaluer la perturbation causée par l’absence de confinement au droit des jauges circonférentielles, il est possible d’estimer l’état de confinement induit dans chaque cylindre ainsi que la contrainte de traction moyenne créée dans le fil enroulé correspondant à cet état de confinement [II-3].
Ce dernier résultat est présenté sur la Figure II.30 où les contraintes de traction moyennes
σ
SMAobtenues dans les fils enroulés après refroidissement sont comparées aux contraintes de traction
σ
recdu fil droit pour les mêmes valeurs de pré-déformationε
mar (voir Figure II.13).Figure II.30. Comparaison entre la contrainte résiduelle obtenue dans un fil droit
σ
rec et celle obtenue dans un fil enroulé sur le cylindreσ
SMA (moyenne dans la section du fil), en fonction de la pré-déformationε
mar [II-3].Les résultats présentés sur la Figure II.30 montrent que le comportement du fil enroulé sur les cylindres n’est pas cohérent avec celui du fil droit. Les résultats sont assez surprenants à deux titres :
• Les résultats sur fils droits et sur fils enroulés autour des cylindres sont complètement différents. Les effets sont opposés : sur cylindre, plus la pré-déformation des fils est grande, plus la contrainte de recouvrement dans les fils est faible contrairement au comportement du fil droit. Sur fil droit, la contrainte de recouvrement est bornée au-dessus d’une certaine valeur de
ε
mar (6×10-3 environ); alors que sur cylindre, elle est bornée en-dessous de cette même valeur deε
mar.• Pour une pré-déformation nulle des fils, une contrainte de recouvrement non nulle est obtenue dans le cas des fils enroulés autour des cylindres (ce qui ne peut pas être le cas dans un fil droit).
Ce résultat montre l’existence d’un mécanisme complexe d’interaction entre le cylindre en béton et le fil d’AMF enroulé. Ce mécanisme peut être expliqué par la courbure du fil imposée par la géométrie du cylindre. Cette courbure provoque l’apparition d’une martensite orientée en traction et en compression dans la section du fil (flexion du fil). Ce phénomène peut expliquer pourquoi la contrainte obtenue dans un fil enroulé ne dépend pas uniquement de la pré-déformation
ε
mar, mais aussi de la courbure.A partir des résultats obtenus, on peut classer les cylindres testés en deux groupes en fonction de la pré-déformation
ε
mar. Concrètement, le premier groupe correspond à des « bas niveaux » de pré-déformationmar
ε
(inférieure à 6x10-3) avec un « haut niveau » de confinement (-1,8 MPa environ). Le deuxième groupe correspond à des « haut niveaux » deε
mar (supérieures à 6x10-3), avec un « bas niveau » de confinement (entre -1,31 MPa et -1,14 MPa.).Dans la Section II-3.2, les deux cylindres C3 (