CHAPITRE 3 MÉTHODOLOGIE
3.2 Programme expérimental principal
Le programme expérimental principal a pour but de déterminer le comportement mécanique et la perméabilité à l’eau des bétons avec et sans ajout cristallin pour en déduire leur capacité de cicatrisation des fissures. Ce programme est réalisé avec l’ajout cristallin ayant présenté le meilleur potentiel de cicatrisation et les meilleures propriétés mécaniques, soit le produit AC3 du programme préliminaire.
3.2.1 Condition de l’étude
Le programme principal comprend quatre conditions d’essais permettant d’étudier l’influence des ajouts cristallins sur le comportement mécanique et la perméabilité de tirant en béton armé. Le potentiel de cicatrisation sera caractérisé par l’évolution de la perméabilité pendant 7 jours. Les différentes compositions des bétons étudiées sont présentées au Tableau 3-4. La matrice cimentaire des BHP et BFHP est presque identique avec un rapport eau/liant de 0.43. Ce qui les distingue ce sont leurs dosages en macrofibres métalliques à crochet de 0.75 %-vol (lf = 35 mm ;
Φf = 0.55 mm) et une légère différence dans le contenu en pierre. En effet, une quantité de pierre
équivalente au volume de fibres ajouté a été retranchée des formulations des BFHP. Les matrices étant quasi-identiques, l'apport des fibres sur le comportement mécanique et sur la perméabilité sera bien défini.Pour les matrices contenant des ajouts cristallins (2 % par masse de ciment), une quantité de sable et de pierres équivalente au volume d’ajouts cristallins ajoutés a été soustrait. L’ensemble des matrices sont finalement similaires. Ces conditions permettent de mesurer de manière distincte l’impact d’un ajout de fibre et d’une addition d’ajouts cristallins sur le comportement mécanique et sur la perméabilité des bétons. Le programme initial comprenait aussi un BHP avec ajouts cristallins, malheureusement pour différentes raisons techniques les résultats de cette condition ne sont pas disponibles. Toutes ces conditions d’essais sont récapitulées dans le Tableau 3-3.
Tableau 3-3 : Programme principal
Identification Détails
BHP BHP-50MPa
BFHP BFHP-50MPa-0.75%
BFHP-AC Optimal BFHP-50MPa-0.75%-AC Optimal
Tableau 3-4 : Composition des bétons du programme principal
Matériau BHP BFH BFHP-AC3 Ciment (kg/m3) 550 550 550 Ajout cristallin (kg/m3) (-) (-) 11 Eau (kg/m3) 229.45 229.1 229.1 Superplastifiant (l/m3) 9.67 10.5 10.5 0. Viscosant (l/ m3) 0.95 0.71 0.71 Sable (kg/ m3) 813.8 813.5 808 Pierre (kg/ m3) 678.1 658 653 Dosage en fibre (kg/ m3) (-) 58.5 58.5 Rapport Eau/Ciment (-) 0.43 0.43 0.43
Chacune des conditions est étudiée avec quatre tirants : deux tirants pour des essais de perméabilité sous sollicitation statique et deux tirants pour des essais de perméabilité sous sollicitation constante. Les essais sous sollicitation statique permettent de définir le niveau de perméabilité correspondant à une contrainte dans l’armature de 250 MPa représentative d’une structure en condition de service et de définir le palier des essais sous sollicitation constante. Deux essais par type de sollicitation sont réalisés pour avoir un aperçu de la variabilité des résultats tirés des essais.
3.2.2 Spécimens et procédure expérimentale
Le dispositif de perméabilité à l’eau a été développé dans des travaux antérieurs [38] à Polytechnique Montréal permet de caractériser le comportement mécanique et la perméabilité de tirants en béton armé, sollicités en traction uniaxiale. Le tirant a été choisi afin d’être représentatif de la zone tendue d’une structure (dalles ou poutres) sollicitée en flexion (Figure 3-2). Les tirants ont une longueur de 610 mm et une section transversale de 90 x 90 mm². Les armatures qui les composent sont de type 10M (Φb = 11.3 mm), de ce fait l’enrobage est d’environ 40 mm conformément à ce qu’impose les différentes normes pour une exposition préjudiciable à la durabilité des bétons (Tableau 3-5). Les dimensions des tirants ont été définies par les travaux antérieurs [38] afin d’illustrer le comportement d’une structure armée pouvant présenter une multifissuration sous chargement.
Tableau 3-5: Épaisseurs d'enrobages minimums adaptées basées sur les principales normes [52]
Le dispositif de perméabilité couplé à une presse hydraulique permet simultanément d’appliquer un chargement en traction uniaxiale sur le tirant, de mesurer l’ouverture des fissures et la perméabilité du tirant (Figure 3-3). Une vue éclatée de la cellule de perméabilité (Figure 3-4) met en évidence la présence de deux faces latérales du tirant partiellement recouvertes d’élastomère pour permettre la pénétration de l’eau. Une membrane étanche, réalisée par élastomère, se trouve sur les deux autres faces latérales et les extrémités du tirant. Ainsi un écoulement d’eau unidirectionnel à travers le tirant pourra être imposé (Figure 3-3). Les faces latérales exposées à l’eau sont reliées à de petits réservoirs en aluminium remplis d’eau eux-mêmes reliés à des cylindres de grande capacité. Un système de serrage des petits réservoirs sur le tirant complète la cellule de perméabilité pour limiter les fuites.
Pendant que le tirant est sollicité en traction uniaxiale, un gradient de pression est créé entre l’amont et l’aval du tirant pour induire un déplacement unidirectionnel de l’eau. Pour cela, une pression hydraulique est appliquée au cylindre d’entrée alors que le cylindre de sortie est soumis à la pression atmosphérique. Le gradient de pression initial s’élève à 50 kPa, soit l’équivalent d’une hauteur d’eau de 5 mètres. Au cours de l’essai, le chargement mécanique crée progressivement des fissures entraînant une pénétration d’eau de plus en plus importante à travers le tirant (Figure 3- 4). La configuration actuelle du système permet une mesure en temps réel des ouvertures de fissures par l’intermédiaire de capteurs de déplacement (capteurs Pigages). Les capteurs sont placés sur les
faces latérales du tirant recouvertes de membrane étanche (Figure 3-5). Les capteurs sont fixés au béton par le biais de blocs, sur lesquels ils sont vissés afin de mesurer les déformations du béton et non celles de la membrane étanche (Figure 3-6). Afin de maîtriser le gradient de pression, des capteurs de pression sont installés aux bornes d’entrée et de sortie des petits réservoirs d’eau. Enfin, pour obtenir les débits d’entrée et de sortie du tirant, des capteurs de hauteur différentielle sont mis en place à la base des cylindres pour mesurer le volume d’eau traversant le tirant. Les données enregistrées au cours de l’essai permettent d’établir des corrélations directes entre la perméabilité à l’eau, la contrainte dans l’armature du tirant, la force appliquée, les ouvertures de fissures et le déplacement du tirant.
Figure 3-3 : Dispositif de chargement et de perméabilité [38]
a) Système de serrage, b) Réservoir d'eau en aluminium, c) Manomètre et cylindre d'entrée, d) Capteur de hauteur différentielle, e) Capteur de pression, f) Cylindre de sortie
Figure 3-4 : Cellule de perméabilité [38]
a) Système de serrage, b) Réservoir d'eau en aluminium, c) Béton exposé, d) Membrane étanche et Capteurs PI
Figure 3-5 : Tirant avec face de béton exposée et capteurs PI
Figure 3-6 : Capteur de déplacement (Capteur PI)