Fluage propre et retrait endogène à 50°C et 80°C

Pour mener à bien l'étude du fluage propre et du retrait endogène en température, un nouveau dispositif expérimental a été conçu et réalisé en se basant sur les recommandations RILEM [TC 129-MHT 2000]. Le principe de l’essai de fluage en température consiste à mesurer la déformation survenant à température et charge constantes durant une période d’essai relativement longue (6 mois minimum).

Voici les principaux points de conception de l’équipement en question :

- système de chauffage piloté en température et capable d’assurer une température

constante et homogène ;

- système de contrôle de température des éprouvettes afin de gérer le gradient de température au sein des éprouvettes et d'éviter leur endommagement par choc thermique ;

- système de mise en compression uniaxiale, garantissant une contrainte de compression

uniforme constante sur une longue période ;

- mesure des déformations longitudinales pendant toute la durée des essais avec une bonne précision tout en gardant le même principe de mesure des déformations différées qu’à température ambiante ;

- mesure des déformations transversales pour l’évaluation du coefficient de Poisson ;

- l'ensemble des systèmes de pilotage, de contrôle et de lecture des mesures doivent être

situés à l'extérieur de l'enceinte où sont disposés les bâtis de fluage, afin d'éviter toute ouverture intempestive qui pourrait perturber les conditions d'essais.

Etuve et contrôle de la température

Pour répondre à la première problématique concernant le système de chauffage, nous avons

décidé d’utiliser une étuve du LMDC (Figure II-11), parfaitement adaptée aux conditions qui

maintenir cette température à ± 2°C. De plus, cette étuve est contrôlable en température variable, permettant ainsi de faire varier la vitesse de montée en température selon le gradient souhaité, et de ce fait, d'éviter tout risque de fissuration du béton pouvant compromettre l’essai. Cette étuve dispose d’un ventilateur jouant le rôle d’homogénéisation de la température de façon à ce que l’ambiance intérieure soit la même en tout point de l’étuve. L’autre atout majeur de cette étuve est la faculté de contenir 4 bâtis de fluage de grande hauteur, chacun d’entre eux étant capable de tester simultanément 3 éprouvettes cylindriques de fluage, soit un total de 12 éprouvettes. L’espace restant de l’étuve demeure suffisant pour entreposer autant d’éprouvettes de retrait (éprouvettes sans chargement).

Figure II-11: Présentation de l’étuve et du matériel mis au point pour l’essai de fluage en température.

La vitesse de montée en température doit se faire de telle sorte que le gradient de température entre la surface extérieure et le cœur des échantillons n’engendre pas une déformation supérieure à la déformation limite du béton en traction. Pour assurer le contrôle du gradient de température entre la surface extérieure et le cœur des éprouvettes, nous avons instrumenté une éprouvette avec 5 sondes de température (3 collées sur la surface latérale, 2 à l’intérieur de l’éprouvette) comme le préconisent les recommandations RILEM [TC 129-MTH 2000] (Figure II-12). Deux plaques de polystyrène d’une épaisseur de 10 cm sont collées pour assurer l’isolation thermique des faces supérieure et inférieure.

Panneau de contrôle des vérins Régulateur thermique de l’étuve Accumulateurs Pompe de mise en pression des vérins hydrauliques Etuve Chauffages Eprouvettes Vérins 120 cm 200 cm

Les sondes de température utilisées sont des sondes thermiques (ETG-50B/E) que l’on relie à un pont d’extensométrie P3 de VISHAY-MICROMESURES équipé d’un circuit linéarisateur LST qui permet la linéarisation de la réponse. Ces sondes mesurent les températures de surface sur lesquelles elles sont collées. En appliquant un coefficient de sécurité consistant à diviser la limite de déformation en traction par 2, la montée en température doit donc s’effectuer en limitant le gradient à :

(

)

θs et θi sont respectivement les températures mesurées à la surface extérieure et au

cœur du béton, en °C ;

fctm est la résistance en traction du béton estimée à partir de l’Eurocode 2 [EN 1992-1-

1 2004] à l’échéance de mise dans l’étuve de l’éprouvette, en MPa ; α est le coefficient de dilatation thermique du béton, en m/m/°C ;

Ecm est le module d’élasticité du béton à l’échéance de mise dans l’étuve de

l’éprouvette, en MPa.

Système de mise en charge et bâti de fluage

La mise en compression des éprouvettes de fluage est réalisée à l’aide de vérins à simple effet installés sur chaque bâti. Ces vérins se caractérisent par un diamètre de piston de 200 mm pouvant monter jusqu'à 90 MPa de pression sur des éprouvettes 11x22 cm. Les bâtis ont été positionnés et réglés droit pour qu’il n’y ait aucun effort parasite sur les éprouvettes. Chaque vérin est relié individuellement à un circuit hydraulique sur lequel un accumulateur est monté en dérivation de façon à pouvoir restituer la perte de pression en cas de besoin. Ce dispositif permet ainsi d’assurer une pression constante tout au long de l’essai. Chaque vérin est alimenté par le biais d’une pompe manuelle dotée d’un réservoir de 8 litres. La pompe est reliée à un coupleur dernière génération placé à l’extérieur de l’étuve sur un panneau de contrôle. Ce coupleur permet d’alimenter le circuit en évitant toute fuite ou entrée d’air due au branchement et débranchement de la pompe. La pression de chaque vérin est contrôlée en permanence à l’aide de manomètres placés à l’extérieur de l’étuve sur un panneau de contrôle (Figure II-13).

Figure II-13: Système extérieur de mise en compression et de contrôle.

Panneau de contrôle des vérins

Manomètres 0-250bars

Vannes

Coupleurs mâles Coupleur femelle

Système de mesure des déformations

En ce qui concerne la mesure des déformations longitudinales (retrait et fluage), les éprouvettes ont été instrumentées par des capteurs de déplacement LVDT numériques capables de fonctionner jusqu'à une température de 150°C. Ces capteurs sont connectés à un PC et les mesures sont enregistrées automatiquement sous Excel par le biais du logiciel ORBIT développé par SOLARTRON METROLOGY. Ces capteurs numériques ont une plage de mesure de 3 mm pouvant varier de -1,5 mm jusqu’à +1,5 mm avec une précision de 0.25% et une erreur maximale de ±2µm. Par souci de reproductibilité des résultats et de comparaison, nous avons conservé le même principe que celui utilisé pour la mesure de déformations longitudinales à 20°C (même forme d’éprouvette avec mesure intérieure à l’éprouvette, même élancement et étendue de mesure, etc.). Cependant, un montage spécifique a été conçu pour adapter ces capteurs numériques à l’intérieur des réservations des

éprouvettes (Figure II-14) initialement dimensionnées pour s’ajuster aux géométries

différentes de celles des capteurs LVDT de la salle de fluage à 20°C. La tige invar (alliage fer 64% et nickel 36%) utilisée dans l’instrumentation possède un faible coefficient de dilatation thermique (1,5×10-6 °C-1). Des ressorts permettent d'assurer la bonne mise en place du capteur et de compenser les jeux éventuels.

Figure II-14 : Instrumentation longitudinale des éprouvettes en température.

La fiche technique, une courbe type d’étalonnage des capteurs ainsi qu’un schéma de principe plus détaillé de l’instrumentation de l’éprouvette par les capteurs LVDT numériques sont fournis en Annexe B.

Pour le suivi des déformations transversales, il a été décidé d’instrumenter nos éprouvettes avec des jauges de déformation de longue durée « Jauge FLM-60-11 » de la société TML à support métallique résistant à la température et à la remontée d’humidité. Le contact entre l’éprouvette et la jauge est assuré par une colle (pâte) « PS » insensible à la remontée d’eau de l’éprouvette et stable jusqu’à 100°C. Une fois collées, les jauges sont recouvertes d’une résine de protection.

La Figure II-15 montre un schéma du montage réalisé dans l’étuve pour l’essai de fluage propre en température (50 et 80°C).

Figure II-15: Schéma des essais de retrait et fluage en température

Définitions des sollicitations thermo-mécaniques

S’agissant de la chronologie des sollicitations (chargement, température), les éprouvettes seront d’abord chauffées puis chargées, de manière à simuler le fonctionnement réel des alvéoles de stockage. Les alvéoles de stockage profond seront en effet tout d’abord chauffées au contact des déchets puis chargées mécaniquement sous l'effet du fluage du sol environnant l’ouvrage.

Le taux de chargement de fluage en température correspond à celui choisi dans le cas du fluage à 20°C, soit 30% de la résistance en compression mesurée à l'échéance du lancement de l'essai de fluage.

Figure II-16: Chronologie des sollicitations

Toutes les éprouvettes (retrait et fluage) sont isolées dans du papier aluminium autocollant. 3 éprouvettes seront chargées (fluage) et 3 autres éprouvettes non chargées (retrait) pour chaque type de béton (voirTableau II-1).

La mesure des déformations de retrait se fait de la même manière que la mesure de fluage (mesure interne par capteur LVDT numérique). L'obligation de maintenir l'étuve close durant la période des essais excluait toute mesure manuelle des déformations de retrait et donc de l'usage du retractomètre. Ce choix est conforté par les résultats comparatifs de Muñoz [Muñoz 2000] qui montrent que le système de mesure interne (réservation) et le système de mesure axial (rétractomètre) sans réservation donnent des déformations équivalentes (aux incertitudes de mesure près).

II.3.7.2 Fluage de dessiccation et retrait de dessiccation en température (50°C et 80°C)