3.4.2.3Mesure de la porosité accessible à l’eau et de la masse volumique apparente du béton durc

La porosité accessible à l'eau et la masse volumique apparente des échantillons de béton durci sont déterminées à partir des valeurs des pesées suivantes : la masse de l’échantillon sec, sa masse lorsqu’il est saturé d’eau et son volume apparent par pesée hydrostatique. Ces mesures respectent les recommandations [AFPC-AFREM 1997]. Pour déterminer la masse de l’échantillon saturé, on réalise une saturation en eau sous vide dans des dessiccateurs. L'échantillon est ensuite séché à une température de 105°C ± 5°C jusqu’à la stabilisation de la masse (deux pesées successives espacées de 24h ne diffèrent pas de plus de 0,05%) afin d’obtenir sa masse sèche.

Les valeurs de la masse volumique apparente et de la porosité sont calculées grâce aux formules suivantes :

- Masse volumique apparente notéeρ_d, exprimée en kg/m3 :

θ eau, eau air sec sec d ρ m m m V m ρ × − = = (II-5)

- Porosité accessible à l’eau notée ε , exprimée en pourcentage (%) :

100 ρ m m m m V m m ε _eau,θ eau air sec air sec air × × − − = − = (II-6) où :

V est le volume apparent en m3,

msec est la masse de l’échantillon séché à 105°C en kg,

mair est la masse dans l’air de l’échantillon saturé en kg,

meau est la masse dans l’eau (pesée hydrostatique) de l’échantillon saturé, en kg,

θ

eau,

Dans le cadre de notre étude, la porosité et la masse volumique ont été mesurées à 20°C à 90 jours.

II.3.5 Comportement mécanique différée du béton

Les essais de détermination du comportement à long terme des bétons sous charge, fluage, ou non chargé, retrait, ont été réalisés pour différentes températures: 20°C, 50°C et 80°C. Le dispositif expérimental utilisé pour les mesures à 20°C est en service depuis plusieurs années dans les locaux du laboratoire LMDC. Il a été mis à profit pour mener des recherches qui ont fait l'objet de plusieurs thèses [Munoz 2000 ; Proust 2003 ; Assié 2004]. En revanche, en ce qui concerne la partie de l'étude en température, un nouveau dispositif associant appareillage et système de mesure a dû être mis au point dans le cadre de cette thèse en se basant sur le principe des essais à 20°C, avec des adaptations inhérentes à la prise en compte des effets de la température.

II.3.6 Déformations différées du béton durci à température ambiante (20°C ±1°C) et humidité relative contrôlée (50% ±5%HR) [TC 107-CSP RILEM 1998 ; c 512- 02 ASTM 2005]

Nous décrirons dans ce paragraphe la procédure expérimentale permettant de déterminer les évolutions des déformations différées à 20°C, telle que réalisée au LMDC.

Nous rappelons que les déformations différées sont de deux types :

- déformation différée sans charge, désignée par retrait libre, mesurée directement, - déformation différée sous charge.

La déformation différée sous charge est définie, dans le cas de température ambiante quelque soit le mode de conservation de l’éprouvette, par la somme de 3 composantes qui sont :

- la déformation instantanée (εinstantanée) due à l’application de contrainte,

- le retrait (εretrait)

- la déformation de fluage (εfluage).

En effet, la déformation de fluage n’est pas une grandeur directement mesurable. Elle est évaluée par la différence des évolutions des déformations différées dans le temps des bétons chargés et non chargés (déformations de retrait) mesurées en parallèle aux mêmes échéances

(la déformation instantanée ayant été au préalable retranchée des déformations totales mesurées sous charge).

La recouvrance, obtenue au déchargement, se décompose elle aussi en recouvrance instantanée et recouvrance différée. La Figure II-6 illustre la séparation conventionnelle des déformations différées. t τc τd déformation temps εi ( τc ) retrait fluage εrecd (t- τd ) recouvrance différée εres (t) déformation résiduelle εsc (t) déformation sous charge εi ( τc ) εi ( τd ) - recouvrance instantanée εr (t- τd ) - retrait

Figure II-6: Séparation conventionnelle des déformations différées [Proust 2003].

II.3.6.1 Retrait du béton durci à 20°C et 50%HR

L’objectif de cet essai est de mesurer en fonction du temps, la variation de longueur d’une éprouvette de béton due aux effets de l’hydratation (retrait endogène) et de dessiccation (retrait de dessiccation) du béton.

Cet essai est mené, généralement au delà de 24h après coulage, sur des éprouvettes de béton durci de forme cylindrique (11,8x23,5 cm), d’extrémités planes, parallèles et opposées, au centre desquelles sont placés deux plots. L'un est placé lors du coulage au fond du moule (extrémité inférieure), et le second est collé sur la deuxième extrémité après rectification de cette dernière selon la réglementation [NF P18-427 1996]. Ces plots assureront le contact entre l’éprouvette et les billes de l’appareil de mesure appelé « Rétractomètre ». Cet appareil permet de mesurer la variation de longueur au droit de l’axe de rotation de l’éprouvette

cylindrique (Figure II-7). On peut estimer approximativement l’incertitude de cet appareil à ± 10 microdéformations. Cette incertitude englobe les erreurs de manipulation et de lecture (± 2 µm). Elle peut être considérée comme faible par rapport aux écarts généralement observés sur les mesures effectuées sur trois échantillons [Proust 2003].

Figure II-7: Appareil de mesure des déformations de retrait.

La variation de longueur est mesurée par rapport à la mesure référence effectuée après durcissement (prise) du béton, généralement 24h après coulage. Cependant, il existe une exception pour les bétons fibrés dont le durcissement est retardé. Il s’agit d’une conséquence des superplastifiants utilisés qui, comme l’indique la fiche technique, améliorent la maniabilité à l’état frais mais retardent la prise des ciments [Camps 2008] Dans ce cas, la première lecture est effectuée 36 heures après coulage. La fréquence de mesure suit la cinétique du retrait. Les mesures sont rapprochées durant les premières heures après le durcissement (une mesure chaque heure), passant à plusieurs fois par jour durant la première semaine qui suit le durcissement (3 à 4 mesures par jour). Les cinétiques se réduisant par la suite, la fréquence de mesure est alors diminuée.

La déformation de retrait est déterminée par la formule suivante :

L ∆L ε_retrait = (II-7) 0 i l l ∆L= − (II-8) où :

L représente la hauteur de l’éprouvette entre les faces des deux plots de mesure en contact avec le béton, soit 22,50 cm pour nos éprouvettes,

l0 correspond à la mesure de référence, soit la longueur mesurée lors de la première

échéance,

li est la mesure relevée à un instant t.

Par convention, le retrait est pris positif pour une diminution de la hauteur de l’éprouvette. Il est exprimé en µm/m et représenté graphiquement en fonction du temps.

Avant chaque série de mesure, il est impératif de faire le zéro mécanique de l’appareil de mesure en se servant d’une tige d’étalonnage en invar (insensible à la variation d’ambiance). La hauteur de la tige invar est adaptée à celle de l’éprouvette. Les plots doivent être nettoyés avant chaque mesure. Pour la lecture, il faut tourner l’éprouvette de droite à gauche jusqu'à ce que la lecture se stabilise. Des mesures de masse sont conduites en parallèle des mesures de retrait pour quantifier la perte de masse. Ce suivi permet de vérifier la bonne étanchéité des échantillons endogènes et d'estimer le séchage pour ceux soumis à la dessiccation (retrait total). L’ensemble des mesures de retrait est effectué dans les mêmes conditions atmosphériques (20°C ±1°C et 50%±5% HR). Les éprouvettes sont entreposées dans la salle de retrait. Elles doivent être distantes de 1 cm minimum de manière à ce qu’elles soient entourées d’air sur tout le pourtour.

Comme nous l'avons explicité précédemment, les éprouvettes destinées au retrait endogène sont enveloppées de papier aluminium autocollant sur toute leur surface. En revanche, dans le cas du retrait de dessiccation (retrait total), seules les extrémités supérieures et inférieures sont isolées par 2 couches de papier aluminium autocollant afin de ne permettre l’échange hydrique que dans le sens radial. Cependant, pour des raisons de conditionnement propre à nos essais, les éprouvettes de dessiccation sont isolées provisoirement dans des sacs en plastique et entreposées dans la salle de retrait jusqu’à la date de chargement de fluage. Durant toute cette période, le retrait mesuré correspond au retrait endogène. Lors du lancement des essais de fluage en dessiccation, les échantillons sont alors retirés de leurs sacs en plastique afin de suivre en parallèle le retrait total.

La déformation transversale des éprouvettes de retrait est mesurée par le biais de jauges de déformation FLM (les mêmes jauges que celles utilisées pour la mesure des déformations différées en température, voir paragraphe §II.3.7), en parallèle de la mesure de la déformation longitudinale. Une seule éprouvette est instrumentée transversalement par une seule jauge de

déformation dans le cas du retrait à 20°C, pour chaque type de béton et chaque mode de conservation, endogène et en dessiccation (50%HR).

En ce qui concerne le nombre d’éprouvette, 6 éprouvettes sont confectionnées pour chaque

type de béton de chaque sous-tâche (voir Tableau II-1), 3 pour le retrait endogène et 3 pour

le retrait en dessiccation.

II.3.6.2 Déformation du béton durci sous charge à 20°C et 50%HR

Le principe de cet essai consiste à mesurer la déformation d'une éprouvette de béton durci soumise à un effort de compression centré uniaxial, maintenu constant durant une longue durée (fluage), et à une atmosphère régulée en température 20°C ± 1°C et en hygrométrie 50% ± 5%HR suivant les recommandations RILEM [TC 107-CSP 1998]et ASTM [C 512-02 2005].

L’ensemble des dispositifs nécessaires à cet essai est entreposé dans la salle climatisée dédiée au fluage qui dispose de 30 bâtis munis de vérins à effet simple, reliés à un groupe hydraulique par un circuit aller-retour, qui permet de charger et décharger chaque bâti indépendamment des autres. La Figure II-8 illustre le montage hydraulique de cette salle.