Mesures des déformations thermiques et déformations thermiques sous charge de compression

Dans la partie bibliographique nous avons discuté la nomenclature présente dans la littérature concernant les déformations thermiques du matériau chargé et non chargé. Afin de clarifier et faciliter l’analyse des résultats nous avons proposé les termes suivants :

− déformation thermique (DT) est la déformation du matériau lorsque celui-ci est chauffé sans application d'une charge mécanique ;

− déformation thermique sous charge (DTSC) est la déformation du béton lorsque celui-ci est chauffé avec application d'une charge ;

− déformation thermique transitoire (DTT) correspond à la déformation thermique sous charge à laquelle a été retranchée la déformation thermique.

− déformation thermique normalisée est égale à la déformation thermique transitoire divisée par la charge appliquée.

Dans le texte les sigles ont été employés. Sur la Figure 113 les principes de la réalisation des essais ont été présentés.

Figure 113 : Evolution de la température, de la charge et des déformations au cours d’essais. Exemple de courbes de DT, DTSC, DTT et DTTnormalisée

Déformation Thermique Déformation Thermique Sous Charge

Temps Temps ge Dé fo rm at io n Tem pér at ur e cte. D ébu t d' es sa i D T S C 0 to. DT DTSC to. to. to. to. to. Temps Te m pér at ur e Dé fo rm at io n Temps Temps Temps -20000 -10000 0 10000 0 10 0 200Température [°C]300 400 500 600 Déformation [µm/m] DT - déformation thermique (expérimentation)

DTSC - déformation thermique sous charge (expérimentation)

DTT - déformation thermique transitoire (DTSC-DT)

DTTnormalisé - déf. thermique transitoire normalisée (DTT/taux de chargement) DTT C har C har ge

3.7.1. Déformation thermique - DT

Les mesures de la déformation thermique sont réalisées sur les éprouvettes cylindriques de taille mique est présenté sur la Figure 59 ains

l’échauf avec une période de 300 secondes tout au long de

l’es .

surface de l’éprouvette. Les unités employées pour exprimer les déformations mesurées sont resp t

NOT

104x300 mm. L’essai consiste à chauffer une éprouvette à une vitesse de montée en température constante, jusqu’à 600°C. A 600°C, un palier de stabilisation de la température de trois heures est appliqué. Il est suivi de refroidissement. Le cycle de traitement ther

i que la vitesse de variation de température. La déformation de l’éprouvette au cours de fement et la température sont enregistrées

sai Les résultats des déformations sont ensuite représentés en fonction de la température de la ec ivement : [µm/m] ou [mm/m].

A nous observons que, durant la phase d’homogénéisation de la température à 120°C, 250°C et 400°C

14) dans le volume de l’écha

:

(Figure 1 ntillon, les déformations thermiques continuent à augmenter. Nous pouvons ture donnée. Malgré cella, étant donnée que nous réalisons les observations en régime continuer à employer le terme de la déformation thermique (DT) à la température T pour décrire les valeurs de la déformation au moment où la températu T.

Figure 114 : Déformation thermique de l’échantillon durant la phase de stabilisation de la température courbe en pointillé. Béton M100C f=0.9

3.7.2. Déformation thermique sous charge de compression – DTSC

L’éprouvette cylindrique de Ø104x300mm est positionnée dans le four. L’ensemble (éprouvette + four) est placé entre les plateaux d’une presse de 5000 kN. L’éprouvette est chargée jusqu’à la charge désirée à une vitesse constante de 5 kN.s-1 _{soit 59x10}-2 _MPa.s-1_{. A partir de moment où la charge a}

été atteinte l’éprouvette est chauffée à vitesse constante. Lors du chauffage la température, la charge et la déformation sont enregistrées. La charge est maintenue constante durant tout le cycle d’échauffement. Les éprouvettes sont chauffées à la même vitesse de montée en température que celle adoptée pour essais de la déformation thermique : dT/dt=1°C/min. Deux niveaux de chargement

ont été étudiés t 40% de la charge à rupture déterminée à froid. La déformation, la force et la

température sont enregistrées au cours d’essai avec une période de 300 sec. Ensuite le résultat de déformation thermique sous charge (DTSC) est représenté en fonction de la température de la surface de l’éprouvette.

3.7.3. Déformation thermique transitoire en compression - DTT

thermique sous charge (DTSC).

considérer que la déformation en régime de températures stabilisée correspond à la déformation thermique du matériau à la tempéra

transitoire nous allons

re de surface est à la température

0 1000 2000 3000 4000 5000 0 100 200 300 400 T [°C] Déform ation [µm /m ] 120°C 250°C 400°C : 20% e

Les valeurs de la déformation thermique transitoire (DTT) sont obtenues en retranchant les valeurs de la déformation thermique (DT) aux valeurs de la déformation

3.7.4. Déformation thermique transitoire normalisée – DTT normalisée

Les valeurs de la déformation thermique transitoire normalisée par rapport à la charge appliqué au

été atteinte, l’éprouvette est chauffée à vitesse constante de

L'analyse des huit courbes de la déformation thermique présentées sur la Figure 115, permet de tirer les conclusions suivantes.

− La déformation thermique des bétons est une fonction non linéaire de la température.

− Les couples de courbes déterminées pour chaque type de béton sont très proches. Les résultats sont très répétables.

− Les déformations thermiques des 3 bétons contenant des granulats calcaires, notamment du béton ordinaire M30C et deux BHP : M75C et M100C sont très proches.

− Le béton contenant des granulats silico-calcaires, en revanche, présente des résultats qui deviennent supérieurs à partir de 300 °C. La déformation thermique du M75SC est environ 2.5 fois supérieure à celles des 3 bétons de granulats calcaires à 600 °C. La dilatation thermique plus élevée des bétons M75SC est liée à la nature des granulats silico-calcaires, qui possèdent le coefficient de la dilatation thermique plus élevé que celle du calcaire. C’est notamment la transformation du quartz à 573°C, un de minéraux constituants des granulats siliceux, qui contribue fortement à cette déformation plus importante. Cette transformation est accompagnée d’une augmentation du volume de l’ordre de 1% ce qui contribue à la fissuration significative du matériau. Nous pouvons observer l’aspect de la fissuration des bétons avec des granulats silico-calcaires et calcaires sur la Figure 116.

− Les résultats obtenus montrent bien que la déformation thermique des bétons est très fortement influencée par la nature des granulats.

Figure 115 : Déformations thermiques (DT) des quatre bétons étudiés

cours d’essais de DTSC sont obtenues par la division des valeurs de la DTT par le taux de chargement appliqué : respectivement 0.2 ou 0.4 correspondant au 20 ou 40% de la charge à rupture.

3.7.5. Déformation thermique sous charge de traction – DTT en traction

Une presse de 100 kN et un système de mords fixés aux extrémités d’une éprouvette cylindrique de Ø104x600mm, permet une application de la charge de traction directe. Les essais de DTSC en traction ont été réalisés avec deux valeurs de la charge, 1MPa et 2MPa, ce qui correspond à environ 20 et 40% de la ft. L’application de la charge a été faite à une vitesse constante de dF/dt = 100 N.s-1 .

partir du moment où la charge a A

1°C/min. Un enregistrement des données est réalisé de la même façon que pour les essais de DTSC en compression.