Matériaux et méthodes

Le béton étudié dérive du B11 utilisé pour la tranche 1 de la centrale nucléaire de Civaux. Le comportement de ce béton vis à vis du fluage a déjà été évalué à de nombreuses reprises : par Granger en 1996 en compression (Granger, 1996), Omar en 2004 en flexion (Omar, 2004) et Reviron en 2009 en traction (Reviron, 2009). La formulation du béton choisie ici est très peu différente de celle présentée dans (Omar, 2004) avec une diminution du diamètre maximal des granulats de 20 mm à 12,5 mm, pour qu’il soit inférieur de cinq fois l’épaisseur des poutres testées, et un changement de ciment ayant des caractéristiques très proches, pour des raisons d’arrêt de production de l’ancien ciment.

2.1.1 Formulation des matériaux : béton et mortier

Le béton est composé de granulats calcaires concassés de Civaux ayant un coefficient d’absorption de 1,5%, du sable avec un coefficient d’absorption de 1,07%, d’un ciment CEM II 42,5 de La Couronne, d’un superplastifiant (Glenium 21) et de l’eau. Les granulats ont une porosité mesurée au porosimètre à mercure de 3,67%, une résistance moyenne de 111 MPa, un module élastique de 61,4 GPa avec un coefficient de Poisson de 0,28 et ne présentent pas

de fluage mesurable (Granger, 1996). Le ciment utilisé a une surface spécifique de 3720 cm²/g.

Le Tableau 2-1 présente la composition du béton et la masse volumique de ses constituants. Cette formulation est caractérisée par un rapport eau/ciment de 0,56 et un affaissement du béton de 90 mm (mesuré au cône d’Abrams). Le rapport gravier sur sable (G/S) est égal à 1,2.

Constituants Dosage (kg/m³) Masse volumique (kg/m³)

Granulat : 5/12,5 mm 936,0 2570

Sable : 0/5 mm 780,0 2620

Ciment : CEM II 42,5 350,0 3080

Eau 219,5 1000

Superplastifiant : Glenium 1,9 -

Tableau 2-1 : Formulation du béton testé.

La composition du mortier dérive de celle du béton. Une partie des granulats est remplacée par une masse égale de sable de la classe inférieur tout en conservant le même rapport E/C. La composition du mortier est donnée dans le Tableau 2-2.

Constituants Dosage (kg/m³) Sable : 0/5 mm 1270,0

Ciment : CEM II 42,5 550,0

Eau 330,0

Tableau 2-2 : Formulation du mortier testé.

Tous les mélanges ont été préparés dans les mêmes conditions en utilisant un malaxeur classique Courvot de capacité 100 L et en suivant successivement les étapes suivantes :

- les granulats et le sable sont versés dans la cuve et malaxés pendant 35 secondes à sec, - une petite quantité d’eau est ensuite additionnée pour « mouiller » les granulats et le sable et un nouveau malaxage est lancé pendant encore 35 secondes,

- le ciment est ensuite versé dans la cuve et l’ensemble est malaxé à sec pendant 1 min, - le reste de l’eau est ensuite ajoutée tout en malaxant pendant 2 min,

- le superplastifiant est ensuite introduit, suivi d’un malaxage pendant 1 min.

2.1.2 Géométrie des éprouvettes et conservation du matériau

Les essais de flexion sont réalisés sur des poutres de dimensions 10x20x80 cm³ (largeur x hauteur x longueur). La géométrie employée respecte les recommendations de la Rilem pour

Le mélange (béton ou mortier) est coulé dans des moules en bois et vibré quelques secondes sur une table vibrante. Les éprouvettes sont conservées pendant 24 heures en conditions endogènes (protégées du séchage) dans une salle climatisée à 20°C ± 2°C. Après démoulage, elles sont placées dans un bassin rempli d’eau à 20 °C saturé en chaux pour éviter la lixiviation des hydrates, jusqu’à la date des essais de fluage ou de rupture en flexion trois points. C’est le mode de conservation le plus facilement reproductible au niveau des conditions aux limites. Avant de réaliser les essais, une entaille est effectuée au centre de la partie inférieure de l’éprouvette de largeur 5 mm et de hauteur 4 cm. Cette entaille représente 1/5 de la hauteur de la poutre, ce qui est recommandée par la Rilem (Rilem, 85) (Figure 2-1). Ensuite, les poutres qui doivent être soumises au fluage propre sont enveloppées dans du papier aluminium adhésif pour éviter le séchage.

Figure 2-1: Dimensions des éprouvettes utilisées.

2.1.3 Propriétés mécaniques du béton

La détermination des propriétés mécaniques est menée sur des éprouvettes cylindriques

φ11x22 cm² qui sont fabriquées et conservées dans les mêmes conditions que les poutres. Pour la mesure de la résistance à la compression (f_c28), les éprouvettes sont rectifiées à 28 jours à l’aide d’un disque diamanté pour obtenir 2 faces planes et parallèles. Le module d’Young (Edyn) est déterminé sur ces mêmes éprouvettes avant l’essai de compression par une méthode non-destructive (Grindosonic). La résistance à la traction (ft28) est mesurée par l’essai brésilien sur le même type d’éprouvette.

Toutes les mesures sont réalisées sur trois échantillons et les valeurs moyennes des propriétés mécaniques sont données dans le Tableau 2-3.

Propriétés mécaniques

f_c28 (MPa) f_t28 (MPa) E_dyn (MPa)

42,6 ± 0,64 3,8 ± 0,36 35000 ± 2000

Tableau 2-3 : Propriétés mécaniques du béton.

2.1.4 Dispositif d’essais de fluage en flexion trois points

Les essais de fluage en flexion sont réalisés sur les éprouvettes prismatiques entaillées 10x20x80 cm³ en utilisant quatre bancs spécifiques développés au GeM (Omar, 2004 ; Omar, 2009) placés dans une salle régulée en température à 20 °C (± 2°C) et en hygrométrie à 50 %

(± 5%). Chaque banc est composé d’un bâti sur lequel sont montés les appuis (un simple et un double), d’un portique, et d’une poutre support sur laquelle est fixé un capteur LVDT d’une course de mesure ± 0,5 mm (Figure 2-2). Le réglage de la charge appliquée sur la poutre se fait en positionnant une masse de 500 kg le long de la poutre constituant le support.

Figure 2-2: Banc de fluage en flexion développé au GeM.

2.1.5 Dispositif d’essais de rupture en flexion 3 points

Les essais de rupture en flexion trois points sont menés sur les poutres prismatiques entaillées à l’aide d’une presse Instron de capacité 160 KN (course de ± 125 mm). La presse est équipée d’un servo-contrôle en boucle fermée permettant d’effectuer des essais stables. Le montage retenu pour mesurer la flèche au milieu de la poutre consiste en deux étriers placés au niveau des deux appuis linéiques et reliés à leurs extrémités par une règle destinée à supporter en son milieu un capteur sans contact de type laser qui permet de mesurer le déplacement du point situé sur la fibre neutre de la poutre (Figure 2-3, Figure 2-4). Ce dispositif permet de s’affranchir des problèmes liés au tassement des deux appuis. Un plot collé sur le béton au milieu de la poutre réfléchit le rayon émis par le capteur laser.

Figure 2-3: Dispositif d'essai de flexion trois points

F

Plaque métallique pour supporter le capteur COD

Capteur d’ouverture d’entaille

Appui

Capteur laser Etrier ^{Repère pour} _{fléchir les rayons}

émis par le capteur laser

F

Plaque métallique pour supporter le capteur COD

Capteur d’ouverture d’entaille

Appui

Capteur laser Etrier ^{Repère pour} _{fléchir les rayons}

émis par le capteur laser

Figure 2-4: Dispositif du montage de l'essai de flexion trois points

Les essais sont pilotés par l’ouverture d’entaille CMOD (Crack Mouth Opening Displacement) avec une vitesse constante de 0,3 µm/s pour atteindre la force maximale après environ quelques minutes selon les recommendations de Rilem (Hillerborg, 1985). Dans ce type d’essai, la fissure s’amorce en pointe de l’entaille et se propage lentement dans la section centrale. Ceci est assuré par un capteur (type Instron Code 2670-116) d’une course de ± 4 mm. Le montage de ce capteur sur l’éprouvette consiste à positionner les deux lames du capteur de part et d’autre de l’entaille à une paire de plaques métalliques collées sur l’éprouvette. Le collage est assuré avec une colle très rigide après solidification, garantissant une parfaite stabilité des plaques et par conséquent du capteur d’ouverture d’entaille.