Présentation des études

3.7.1.1 Koyanagi et al. (1987) (Koyanagi, Rokugo, et Ishida, 1986)

Koyanagi et al. ont fabriqué 18 poutres (1700 x 100 x 180 mm) avec un pourcentage d’armature longitudinale de 1,66%, différentes quantités d’étriers (Ø4mm espacés de 100 mm, Ø4mm espacés de 85 mm et Ø6mm espacés de 125 mm) et différents pourcentages de fibres d’aciers (0 et 1%). Ces essais ont pour but d’étudier l’effet de la RAS sur le comportement structural à l’état statique en fonction de la quantité d’armature et de fibres. L’analyse des cylindres non armés et fabriqués avec le même béton réactif n’a montré aucun changement dans la résistance en compression alors qu’une chute du module élastique a été observée. Les résultats structuraux ont montré que la résistance maximale des poutres réactives (R) obtenue suite aux essais de flexion quatre points, n’était pas diminuée par la présence de RAS. Celle-ci aurait plutôt augmenté pour les éléments les plus renforcés. Plusieurs des poutres réactives ont présenté une rupture en flexion alors que la poutre équivalente non réactive a présenté une rupture en cisaillement. Ce changement dans le mode de rupture a été attribué à la présence d’une précontrainte chimique induite par l’expansion du béton affecté par le RAS.

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3.7.1.2 Fuji et al. (1987) (Fujii et al., 1987)

Fuji et al. ont fabriqué 26 poutres ayant les dimensions suivantes : 1700 mm x 150 mm x 150 mm, et incorporant différents pourcentages d’armature de flexion (0,77, 1,2 et 1,74%) et d’étriers (0,2% et 0,3%) afin d’examiner l’influence du renforcement sur le comportement structural, selon un chargement statique et dynamique, de poutres atteintes de RAS (expansion longitudinale variant entre 0.06% et 0.16%). Des essais matériau sur des cylindres confectionnés avec le même béton que les corps d’épreuve ont montré une diminution de la résistance en compression de l’ordre de 18%, de la résistance en traction de 38% et du module élastique de 38%. Malgré ces chutes de performance mécanique, la résistance structurale des poutres réactives, testée selon un essai de flexion en 4 points, n’a pas été influencée par la présence de la RAS. L’effet bénéfique de la précontrainte chimique a été mis en avant-plan pour expliquer ce phénomène.

3.7.1.3 Inoue et al. (1989) (Inoue et al., 1989)

Six poutres de 1700 mm x 200 mm x 200 mm renforcées en cisaillement et comprenant différents pourcentages d’armature de flexion (0,77%; 1,20%; 1,74%), ont été testées selon un essai de flexion quatre points. Parmi ces six (6) poutres, trois (3) ont été conçues de manière à développer une pathologie liée à la présence de RAS, alors que les trois (3) autres poutres sont non-réactives et servent de témoins.

Les résistances obtenues sur les cylindres non armés fabriqués avec le béton réactif ont montré une réduction de 35% de la résistance en compression, 40% de la résistance en traction et 48% du module élastique pour une expansion longitudinale sur le dessus des corps d’épreuve de 0,65 à 0,78%. Lors des essais structuraux, la résistance ultime des poutres réactives a été supérieure à celle des poutres non réactives. En fait, les poutres avec un pourcentage d’armature de 1.74% ont présenté une rupture en cisaillement pour le béton sain et en flexion pour le béton réactif, alors que les poutres ayant des contenus en acier de 0.77% et 1.20% ont pour leur part présenté un mode de rupture en flexion pour les deux types du béton.

3.7.1.4 Clark et Ng (1989) (Clark et Ng, 1989)

Clark et Ng. ont réalisé une étude dans le but d’examiner l’impact de la RAS sur la résistance en cisaillement à l’aide d’essais de type poinçonnement. Au total, 10 dalles de dimensions variables et armées longitudinalement ont été fabriquées.

Les propriétés mécaniques réalisées sur des cylindres confectionnés avec le même béton que les dalles, montrent que la résistance en traction (obtenu à l’aide d’un essai de fendage) est plus affectée que la résistance en compression par la RAS. Malgré la diminution des propriétés mécaniques des cylindres de béton causées par l’expansion associable à la RAS, une augmentation de la capacité en cisaillement des dalles a été observée.

3.7.1.5 Abe et al. (1989) (Abe et al., 1989)

Abe et al. ont réalisé une étude pour examiner l’influence de la réaction alcalis-silice sur la résistance structurale de poutres lors d’essais de flexion trois-points. Plusieurs poutres renforcées en cisaillement (2000 mm x 200 mm x 200 mm) ont été fabriquées, pour lesquelles le pourcentage d’armature en flexion varie entre 0,75% et 1,76%.

Les résultats ont démontré que la résistance à la compression variait peu entre les carottes prélevées au sein des différentes poutres réactives et non réactives. Ces essais ont été réalisés sur des échantillons/carottes ayant été soumis à la même durée de conditionnement. Contrairement aux essais de compression, le module élastique aurait diminué avec l’apparition de la RAS. En ce qui concerne les essais structuraux (flexion trois-points), les éléments endommagés ont montré une résistance ultime plus élevée (rupture en flexion) que les poutres saines (mode de rupture en cisaillement).

3.7.1.6 Chana et Thompson (1992) (Chana et Thompson, 1992)

Chana et Thompson ont fabriqué des poutres réactives et non-réactives de mêmes dimensions (900 mm x 100 mm x 200 mm) afin de pouvoir étudier l’influence de l’évolution de la RAS sur le comportement structural de ces éléments. Deux types d’armature de flexion ont été utilisés, soit des armatures lisses et des armatures crénelées. Dans les deux cas, les poutres ne contiennent aucun étrier. Après avoir atteint l’un des quatre niveaux d’expansion longitudinale désirés, les poutres ont été soumises à un essai en flexion trois points.

Les résultats de ces essais ont mené à plusieurs conclusions. Tout d’abord, les propriétés mécaniques (compression, traction, module élastique) des cylindres associés aux différents niveaux d’expansion ont diminué par rapport aux cylindres testés à 28 jours. Les

auteurs ont conclu que le module élastique est le paramètre qui est le plus représentatif de l’état d’endommagement du béton. La résistance à la rupture des poutres a pour leur part chuté de 9% à 30% (en fonction de l’importance du niveau d’endommagement causé par l’expansion). Cette chute de résistance peut être attribuable aux mauvais ancrages des barres d’armature de flexion.

3.7.1.7 Cope et Slade (1992) (Cope et Slade, 1992)

Dans le but d’examiner l’influence de la RAS sur le comportement en cisaillement d’élément en béton (0 à 0,48% d’expansion), Cope et Slade ont fabriqué deux types de poutres (4000 mm x 200 mm x 400 mm et 2500 mm x 125 mm x 250 mm). Ces deux types de poutres contiennent 1.35% d’armature de flexion (faiblement ancrée) et aucun étrier n’a été ajouté à ces éléments.

Les auteurs concluent, sur la base des résultats structuraux (essais de flexion quatre points), qu’il y a une augmentation de la capacité en cisaillement pour les poutres réactives en comparaison aux non-réactives. Les auteurs expliquent ce gain de résistance par la présence d’une ʺprécontrainte chimiqueʺ induite par l’expansion du béton qui tend les barres d’armature et comprime le béton.

3.7.1.8 Bach, Thorsen et al. (1992) (1) (Bach, Thorsen, et Nielsen, 1992)

L’objectif de cette étude est d’évaluer le comportement structural de poutres en fonction de l’évolution de la RAS. Dans cette étude, 17 poutres de 4300 mm x 180 mm x 360 mm, non renforcées en cisaillement et présentant 1.17% d’armature de flexion, ont été fabriquées. Des niveaux d’expansion longitudinale, variant entre 0,06 et 0,1%, et transversale, variant entre 0,17% et 1,8%, ont été atteints dans le cadre de ce projet.

Les résultats obtenus semblent indiquer que la résistance au cisaillement des poutres sans étrier n’est pas réduite par la présence de la RAS. La présence de nombreuses fissures semble également augmenter la ductilité de ces poutres lors du chargement. Du point de vue matériau, la résistance à la compression des cylindres semble être presque toujours supérieure à celle de carottes prélevées à même les corps d’épreuve.

3.7.1.9 Bach, Thorsen et al. (1992) (2) (Bach, Thorsen, et Nielsen, 1992)

Bach et al. ont également fabriqué 10 dalles (950 mm x 950 mm x 120 mm) lors de la même étude afin d’évaluer la capacité en cisaillement de bétons endommagés par la RAS, non renforcés en cisaillement. Contrairement à la première partie de leur étude, ces essais structuraux ont été réalisés à l’aide d’un essai de type poinçonnement (punching shear).

Les conclusions tirées de cette portion de l’étude sont les mêmes que celles issues de l’essai sur poutres, c’est-à-dire que la présence de RAS ne tend pas à diminuer la résistance au cisaillement et que la ductilité des éléments est augmentée.

3.7.1.10 Ahmed, Burley et al. (1998) (Ahmed, Burley, et Rigden, 1998)

Ahmed et coll. ont fabriqué quatre séries de deux poutres ayant les dimensions suivantes : 1300 mm x 80 mm x 130 mm et présentant différents types de renforcement. Pour chacune de ces séries, il y a une poutre réactive et une seconde non réactive. Différentes configurations ont été étudiées à travers les différentes séries, c’est-à-dire que chacune d'entre elles présente des particularités telles que présentées ci-dessous :

- Des barres longitudinales avec un mauvais ancrage; - Des barres longitudinales avec un bon ancrage;

- Des barres longitudinales avec un mauvais ancrage et avec des étriers; - Des barres longitudinales avec un bon ancrage et avec des étriers;

Les résistances matériau mesurées sur des cylindres fabriqués à partir du même mélange de béton ont montré une augmentation de la résistance à la compression de l’ordre 26%, une chute de la résistance en traction issue d’essais de fendage de 3% et une diminution du module élastique de 30% après avoir subi un conditionnement de 20 semaines.

En contrepartie, les résistances en cisaillement des poutres testées selon un essai de flexion quatre points (réalisé à des niveaux d’expansion longitudinale de 0,16% à 0,27%) ont montré que la résistance ultime des poutres réactives était plus importante que celle des poutres non réactives. Les poutres réactives non renforcées en cisaillement on subit un gain de la résistance en cisaillement de 7.4%, alors celles avec étriers on subit un gain pouvant atteindre 11.9%.

3.7.1.11 Monette, Gardner et al. (2002)

(Monette, Gardner, et Grattan-Bellew, 2002) Monette, Gardner et al. ont étudié l’influence de la RAS sur les propriétés mécaniques et structurales de poutres réactives et non réactives. Les poutres (902 mm x 89 mm x 121 mm) sont renforcées en cisaillement à l’aide d’étriers de 4,8 mm de diamètre espacés de 67,5 mm c/c. Celles-ci ont été soumises à l’un des trois types de conditionnement décrit ci- dessous :

1- Conditionnement accéléré sans charge appliquée

2- Conditionnement accéléré avec une charge soutenue (la charge représente 52% de la capacité de la poutre)

3- Conditionnement accéléré avec une charge cyclique (la charge représente 52% de la capacité de la poutre).

Note : Le conditionnement accéléré consistait à submerger les éléments dans une solution de NaOH maintenue à 38°C.

Les résultats structuraux obtenus suite aux essais de flexion quatre points montrent que la capacité des poutres est très similaire indépendamment de du mélange de béton (réactif ou non réactif) et de la méthode de conditionnement (la capacité est légèrement plus faible lorsque pour le conditionnement avec un chargement cyclique). Toutes les dalles, réactives et non réactives, ont cédé selon un mode de rupture flexion.

3.7.1.12 Den Uijl et Kaptijn (2002) (Den_Uijl et Kaptijn, 2002)

Den Uijl et Kaptijn ont évalué la résistance 12 poutres de différentes tailles, renforcées ou non en cisaillement, et prélevées au sein d’un viaduc routier attaqué par la RAS. Les résultats structuraux obtenus suite aux essais de flexion quatre points montrent une baisse moyenne de la capacité en cisaillement de l’ordre de 25% comparativement au résultat attendu pour un élément sain. Cette chute de résistance n’est pas entièrement expliquée, mais l’effet d’échelle pourrait jouer un rôle important. Une baisse de 70% de la résistance en traction uniaxiale a également été obtenue sur des carottes prélevées sur les ouvrages.

3.7.1.13 Multon, Dubroca et al. (2004) (Multon et al., 2004)

Multon, Dubroca et al. ont réalisé une étude dans le but de comprendre l’effet de la RAS sur le comportement structural de poutres renforcées ou non en cisaillement et comportant différentes quantités de barres d’armature longitudinales (0,3% et 1,2%) bien ancrées. Pour ce faire, quatre poutres réactives et deux poutres non réactives ont été fabriquées pour être testées en flexion quatre points. Le conditionnement des poutres consistait à immerger la face inférieure et laisser la face supérieure à 30% d’humidité pendant 14 mois, créant ainsi un gradient d’humidité dans les poutres. La face supérieure des poutres a par la suite été immergée d’eau durant 9 mois afin de favoriser le développement de la RAS. Les différents essais réalisés sur des poutres sans armatures de flexion et sans étrier ont montré que les membrures affectées par la RAS ont une rigidité plus faible que celles constituées d’un béton saint. En ce qui a trait aux essais réalisés sur les poutres avec armature de flexion et étrier, la présence de la réaction alcalis-silice ne semble pas avoir un impact notable sur leur résistante. De plus, les auteurs corroborent la conclusion d’autres études à l’effet que le test de fendage semble non représentatif de l’évolution de la capacité portante d’éléments atteints de RAS.

3.7.1.14 Maltais et Paradis (2008) (Maltais et Paradis, 2008)

Maltais et Paradis ont procédé l’évaluation d’une structure existante atteinte par la RAS. La structure formée de trois « ponts à béquille » bout à bout, comporte un total de sept travées ayant une épaisseur variant entre 567mm et 1425mm et ne comporte pas de renforcement en cisaillement. Des essais de caractérisation du matériau réalisé à même la structure ont permis de constater que les diverses propriétés (compression, traction, module élastique) sont faibles pour une structure construite en 1965. Les auteurs ont procédé aux calculs des facteurs de capacité portante en cisaillement et en flexion selon plusieurs scénarios (différentes propriétés mécaniques et prises en compte ou non de la précontrainte chimique). Les différents scénarios présentés démontré que le facteur de capacité de surcharge de la structure est très variable en fonction des hypothèses qui peuvent être prise lors de l’analyse. L’effet de la précontrainte chimique est également abordé comme étant un point positif car il permet un gain de résistance au cisaillement. Il a cependant été soulevé que cette précontrainte pouvait ne pas être maintenue dans le temps, particulièrement si les barres d’armature de flexion se plastifient sous une charge importante. Les différentes analyses de résistance au cisaillement effectuées dans le cadre de cette étude nous montrent l’importance de bien caractériser les propriétés

mécaniques des matériaux affectés par la réaction alcalis-silice. Il va de même pour la mesure de la « précontrainte chimique » induite dans l’élément.

3.7.1.15 Inoue, Mikata et al. (2012) (Inoue et al., 2012)

Inoue, Mikata et al. ont réalisé des essais portant sur le comportement structural de poutres atteintes de la réaction alcalis-silice. Ces poutres, de 2000 mm x 300 mm x 300 mm, contiennent 1,57% d’armature longitudinale pour la flexion en plus d’avoir des étriers 10mm au 120 mm c/c (certains étriers ont volontairement été sectionnés afin de simuler leur rupture).

Les résultats issus des essais structuraux (essais de flexion quatre points) montrent que la présence de la RAS ne semble pas avoir un impact négatif sur la résistance au cisaillement des échantillons qui ont été testés. Selon les auteurs, la précontrainte chimique induite par la RAS a augmenté la résistance au cisaillement des éléments malgré les effets néfastes de celle-ci (fissuration et diminution des propriétés mécaniques).

3.7.1.16 Giannini (2012) (Giannini, 2012)

Dans le cadre de son projet de doctorat, Giannini a réalisé des essais afin d’examiner l’influence de la RAS sur le comportement structural de poutres (8433 x 533 x 1067 mm) renforcées en cisaillement, et ce à l’aide d’essais de flexion en quatre points. Une augmentation de la résistance ultime en flexion des poutres atteintes de RAS a été obtenue par rapport à la poutre témoin saine, et ce avec un comportement plus rigide et une flèche plus faible que prédit.

3.7.1.17 Schmidt, Hansen et al. (2014) (Schmidt et al., 2014)

Une étude a été réalisée par Schmidt et ses collègues afin de connaitre l’effet de la RAS sur la résistance au cisaillement d’une structure de taille réelle. Pour ce faire, des essais de cisaillement ont été réalisés sur quatre sections de dalle sans étrier se trouvant en porte-à-faux. Les sections à l’étude ont les dimensions suivantes : 1330mm x 1000mm x 270 à 450mm (épaisseur variable). Deux des quatre dalles semblaient plus affectées par la RAS, ce qui a été confirmé lors d’essais en compression réalisés sur des carottes prélevées sur l’ouvrage. Les résultats des essais de cisaillement montrent que la capacité de chacun des spécimens excède la résistance au cisaillement calculé à partir de la

résistance en compression du béton provenant des carottes. Une importante variation de résistance a cependant été observée entre les deux sections fortement réactives.

Dans le document Étude du comportement structural de dalles épaisses atteintes de la réaction Alcalis-Silice (Page 57-65)