Evolution des propri´et´es m´ecaniques des b´etons avec la temp´erature 34

temp´erature

Le b´eton est un mat´eriau qui s’endommage sous l’effet de la temp´erature, il subit

de fortes modifications physico-chimiques qui influencent l’´evolution de ses propri´et´es

m´ecaniques avec la temp´erature. La d´eshydratation, les r´eactions de transformation, la

pression dans les pores, la dilatation diff´erentielle entre la pˆate de ciment et les granulats

engendrent des effets importants sur la r´esistance de b´eton `a haute temp´erature. Les

r´esultats issus de diff´erentes investigations sur le comportement du b´eton expos´e `a

des hautes temp´eratures, interpr`etent diff´eremment les ´evolutions de ces param`etres.

Ces diff´erences ne sont pas dues seulement `a la nature et au type du b´eton mais

aussi aux conditions exp´erimentales comme : la dur´ee et le taux de chauffage et de

refroidissement, la g´eom´etrie des ´eprouvettes, ...

Ce paragraphe pr´esente quelques exemples sur l’´evolution des propri´et´es m´ecaniques

du b´eton avec la temp´erature (la r´esistance `a la compression, la r´esistance `a la traction,

le module d’Young).

1.4.4.1 Module d’´elasticit´e `a hautes temp´eratures

La rigidit´e du mat´eriau est s´ev`erement modifi´ee par l’´el´evation de temp´erature.

Le module d’´elasticit´e d´ecroˆıt de fa¸con quasi lin´eaire depuis la temp´erature ambiante

pour atteindre des valeurs nulles g´en´eralement aux alentours de 800◦C. L’exemple de

la figure 1.15 montre l’´evolution du module d’´elasticit´e de deux b´etons confectionn´es

`a partir de granulats silicocalcaires pour le premier et de granulats calcaires pour le

second [44]. L’endommagement provoqu´e par la forte incompatibilit´e de d´eformation

pˆate / granulats du b´eton silico-calcaire entraˆıne une perte totale de rigidit´e d`es 600◦C.

Figure 49 :

évolution avec la

température du

module

d'élasticité relatif

d'un béton en

fonction de la natu

du granulat : M75C

– calcaire, M75SC

silico-calcaire

(Pimienta andHag

2002).

Figure 1.15 — Evolution avec la temp´erature du module d’´elasticit´e relatif d’un

b´eton en fonction de la nature du granulat : M75C – calcaire, M75SC – silico-calcaire

[114].

L’´etude exp´erimentale men´ee dans le cadre de la th`ese de Menou [93] permet aussi

de d´eduire l’´evolution du module d’´elasticit´e. On observe une baisse significative du

module d’´elasticit´e pour la pˆate et pour le mortier en fonction de la temp´erature (Fig.

1.16). En effet, la baisse de ce module atteint d´ej`a 50% `a 120◦C, et puis il continue `a

baisser `a 250◦C et 400◦C, le module r´esiduel moyen `a 400◦C est de 35% pour la pˆate et

20% pour le mortier. La baisse plus importante de rigidit´e dans le mortier semble due

en plus par l’effet de la dilatation thermique diff´erentielle entre la pˆate et les sables.

1.4.4.2 R´esistance en compression `a hautes temp´eratures

Sous l’effet conjugu´e des transformations physico-chimiques (fissuration de la

ma-trice, augmentation de la porosit´e) et des incompatibilit´es de d´eformation pˆate /

gra-nulats, la r´esistance en compression des b´etons d´ecroˆıt de fa¸con quasi-lin´eaire `a partir

36 1.4. Evolution des propri´et´es des b´etons avec la temp´erature

Figure III. 25:

Rapport des modules

d’Young en fonction

de T [Thèse Menou

2005]

Figure 1.16 — Rapport des modules d’Young de la pˆate de ciment et du mortier

en fonction de la temp´erature [93].

de 300◦C [44]. La figure 1.17 pr´esente des ´evolutions de la r´esistance en compression

des b´etons avec la temp´erature.

Figure 48 : A droite, évolution de la résista

compression à chaud d'un béton haute

performance en fonction du rapport E/C (H

and Pimienta 2004, Hager 2004).

Figure 1.17 — R´esistance en compression des b´etons ´etudi´es dans le cadre de la

th`ese de Hager et dans le cadre du projet BHP 2000. Ces r´esultats sont compar´es

avec les courbes propos´ees par les codes DTU et EUROCODE2 [44].

Les essais r´ealis´es sur des ´eprouvettes ´etanch´ees (pour lesquels le d´epart de l’eau

n’est pas possible), ont entraˆın´e une chute importante des propri´et´es m´ecaniques

(r´esistance en compression et module d’´elasticit´e), comme nous pouvons l’observer sur

la figure 1.18 (par exemple). L’auteur a attribu´e cette chute des propri´et´es m´ecaniques

`a la transformation hydro-thermique du gel CSH en structure cristalline plus riche en

carbonate de calcium et donc moins r´esistante. Ces r´esultats sont confirm´es par Khoury

Chapitre 1. Etude bibliographique 37

et al. [67].

d'un béton en fonction d

conditions hydriques de

l'essai selon (Lankard, B

al.1971) : sealed –

étanchées (par applicat

pression de vapeur

saturée), unsealed – év

libre,tested hot – essai

réalisé à chaud, tested r

essai réalisé après

refroidissement.

Figure 1.18 — Evolution de la r´esistance en compression d’un b´eton en fonction

des conditions hydriques de l’essai selon Lankard et al. [72] : sealed – ´etanch´ees (par

application d’une pression de vapeur satur´ee), unsealed – ´evaporation libre, tested

hot – essai r´ealis´e `a chaud, tested residual – essai r´ealis´e apr`es refroidissement.

1.4.4.3 R´esistance en traction `a hautes temp´eratures

Le comportement m´ecanique du b´eton en traction est moins ´etudi´e que la

compres-sion car d’une part le b´eton est con¸cu essentiellement pour r´esister `a la comprescompres-sion,

et d’autre part, dˆu `a son comportement quasi fragile, l’essai de traction directe est

difficile `a r´ealiser. Par cons´equent, on fait appel `a des essais indirects de type flexion

trois points pour identifier le comportement en traction du b´eton.

Dans le cadre de la th`ese de Menou [93], il a effectu´e la mesure de la r´esistance en

traction de deux b´etons `a hautes performances M75C et M75SC, un b´eton ordinaire

ainsi qu’une pˆate de ciment `a haute performance et un mortier `a haute performance par

cette m´ethode indirecte. La figure 1.19 pr´esente le rapport des r´esistances en traction

de trois b´etons en fonction de la temp´erature. La r´esistance en traction par flexion trois

points de tous les b´etons d´ecroˆıt avec la temp´erature.

La figure 1.20 repr´esente le rapport des r´esistances en traction de la pˆate de ciment

et du mortier en fonction de la temp´erature [93]. L’augmentation de la porosit´e et les

transformations chimiques et min´eralogiques, qui s’op`erent dans la pˆate de ciment,

in-fluencent l’´evolution de ses propri´et´es. En effet, on constate une baisse tr`es importante,

de l’ordre de 60%, de la r´esistance en traction entre 20◦C et 120◦C suivie d’une reprise

de plus de 80 % de la r´esistance initiale entre 120◦C et 250◦C. Contrairement `a la pˆate

de ciment `a 120◦C, la baisse de r´esistance du mortier est tr`es peu significative, elle

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