3.3 Programme expérimental
3.3.1 Propriétés des matériaux utilisés
Béton autoplaçant léger
Le béton autoplaçant (BAP) léger a été formulé et optimisé dans le laboratoire de béton de l’Université de Sherbrooke sous la supervision du professeur Ammar Yahia. Le ciment ternaire TerC3 (GUb-25F/5SF) constitué de 70% d’un ciment GU (general-use), de 25%
de cendres volantes de classe F et de 5% de fumée de silice a été utilisé pour la confection du BAP léger. La résistance à la compression visée à 56 jours est comprise entre 35 MPa et 40 MPa. Le certificat du ciment TerC3 est présenté à l’annexe A.1.
Deux types de granulats légers ont été utilisés pour la phase d’optimisation du BAP léger. Il s’agit du laitier expansé de la compagnie Lafarge et du schiste expansé de la compagnie Northeast Solite aux États-Unis. Suivant la densité et l’absorption des granulats légers, deux (2) types de granulats légers de la compagnie Lafarge (Litex 4443, Litex 4444) et trois (3) types de granulats légers de la compagnie Northeast Solite (Solite 307, Solite 323, Solite 343) ont été sélectionnés. Les figures 3.2 et 3.3 présentent les granulats légers sélectionnés. Les fiches techniques des granulats Litex et Solite sont présentées respectivement aux annexes A.2 et A.3. Les normes CSA S806 et CSA A23.3 exigent que les granulats légers
Solite 307 Solite 325 Solite 343
Figure 3.2 Granulats légers Solite de Northeast Solite
pour béton de structure soient conforment à la norme ASTM C330 [ASTM C330-17, 2017]. Les granulats légers ont donc été caractérisés au préalable à l’aide d’une analyse granulométrique. Le tableau 3.1 montre que les granulats légers répondent bel et bien aux exigences de la norme ASTM C330.
66 CHAPITRE 3. PROGRAMME DE RECHERCHE
Litex 4443 Litex 4444
Figure 3.3 Granulats légers Litex de Lafarge
Afin d’obtenir une densité de tassement maximale des granulats légers, indépendamment de l’ouvrabilité ou de la fluidité du BAP, plusieurs combinaisons de granulats légers ont été optimisées à l’aide des essais de détermination de masses volumiques maximale et minimale conformément à la norme CAN/BNQ-2501-062 [CAN/BNQ-2501-062, 2013] et à l’aide de la courbe de Fuller [Fuller and Thompson, 1907]. La figure 3.4 présente un exemple d’optimisation du squelette granulaire. Le tableau 3.2 présente les propriétés des granulats retenus après optimisation et le tableau 3.3 présente la description du BAP léger optimisé.
Tableau 3.1 Comparaison des propriétés des granulats légers
Diamètre du tamis (mm)
% de passant
ASTM 330 Solite Litex
Gr. fins Gros gr. Combiné Gr. fins 307 Gros gr. 343 Combiné 325 Gros gr. 4443 Gr. fins 4444 19 - 90-100 - - 100,0 - - - 12,5 - - 100 - 76,8 100,0 - - 9,50 100 10-50 90-100 100,0 48,7 100 50,0 - 4,75 85-100 0-15 65-90 97,1 6,6 79,3 15,0 93,1 2,36 - - 35-65 67,1 - 46,5 5,0 73,6 1,18 40-80 - - 38,7 - 25,8 4,0 41,4 0,30 10-35 - 10-25 17,8 - 12,2 - 10,0 0,15 5-25 - 5-15 12,8 - 9,1 - 6,7 0,075 - 0-10 0-10 9,0 0 6,5 - 5,7 Densité - - - 1,63 1,62 1,63 1,74 2,21 ρmax 1120 880 1040 864 753 864 865 1105 Abs. - - - 17,5 17,5 17,5 7-9 3-5
3.3. PROGRAMME EXPÉRIMENTAL 67
Figure 3.4 Exemple d’optimisation du squelette granulaire Tableau 3.2 Propriétés des matériaux pour le BAP léger optimisé
29
Fig. 4. Column dimensions and reinforcement details
699
Fig. 5. Overview of reinforcement cages: (a) group S; (b) group G; (c) group B
700
Fig. 6. Casting of column specimens: (a) column formwork; (b) columns after casting
701
Fig. 7. Overview of the test setup: (a) side and elevation view; (b) experimental photo
702
Fig. 8. Failure modes of specimens tested under axial load
703
Fig. 9. Failure modes of eccentrically loaded LWSCC columns
704
Fig. 10. Load–reinforcement and concrete strain relationship at mid-height: (a) bars in tension; (b) bars in
705
compression; (c) spiral; (d) concrete
706
Fig. 11. Load–axial and lateral displacement relationship: (a) axial displacement; (b) lateral displacement
707
Fig. 12. Factors for rectangular stress block
708
Fig. 13. Experimental axial load–bending moment (P
n-M
n) interaction diagrams
709
Fig. 14. Comparisons of experimental results with theoretical P
n-M
ninteraction diagrams: (a) group B; (b)
710
group G
711
Table 1. Physical properties of materials
712
713
Matériaux Densité Absorption (%) Diamètre maximale des particules (mm)
Sable léger 1,72 12,2 5
Gros granulats légers 1,47 11,2 15 Sable naturel 2,65 0,98 5,15
Liant ternaire 2,90 - -
714
Table 2. LWSCC mixture proportions
715
716
Composants Composition Liant ternaire (kg/m3) 530 Eau (kg/m3) 173 Rapport E/L 0,326 Sable naturel (kg/m3) 386 Sable léger (kg/m3) 494 Gros granulats légers (L/m3) 374Superplastifiant (L/m3) 3,5 Agent entraîneur d’air (mL/m3) 46 Masse volumique d’équilibre (kg/m3) 1807
717
718
Tableau 3.3 Formulation du BAP léger
29
Fig. 4. Column dimensions and reinforcement details
699
Fig. 5. Overview of reinforcement cages: (a) group S; (b) group G; (c) group B
700
Fig. 6. Casting of column specimens: (a) column formwork; (b) columns after casting
701
Fig. 7. Overview of the test setup: (a) side and elevation view; (b) experimental photo
702
Fig. 8. Failure modes of specimens tested under axial load
703
Fig. 9. Failure modes of eccentrically loaded LWSCC columns
704
Fig. 10. Load–reinforcement and concrete strain relationship at mid-height: (a) bars in tension; (b) bars in
705
compression; (c) spiral; (d) concrete
706
Fig. 11. Load–axial and lateral displacement relationship: (a) axial displacement; (b) lateral displacement
707
Fig. 12. Factors for rectangular stress block
708
Fig. 13. Experimental axial load–bending moment (P
n-M
n) interaction diagrams
709
Fig. 14. Comparisons of experimental results with theoretical P
n-M
ninteraction diagrams: (a) group B; (b)
710
group G
711
Table 1. Physical properties of materials
712
713
Matériaux Densité Absorption (%)
Diamètre maximale des particules (mm) 5 12.2 1.72 Sable léger 15 11.2 1.47 Gros granulats légers
5.15 0.98 2.65 Sable naturel - - 2.90 Liant ternaire
714
Table 2. LWSCC mixture proportions
715
716
Composants Composition Liant ternaire (kg/m3) 530 Eau (kg/m3) 173 0,326 Rapport E/L Sable naturel (kg/m3) 386 Sable léger (kg/m3) 494Gros granulats légers (L/m3) 374
Superplastifiant (L/m3) 3,5
Agent entraîneur d’air (mL/m3) 46
Masse volumique d’équilibre (kg/m3) 1807
717
718
68 CHAPITRE 3. PROGRAMME DE RECHERCHE
Armatures d’acier
Deux types d’armatures en acier ont été utilisés pour la confection des spécimens témoins. Il s’agit de barres 10M et 15M. Le tableau 3.4 présente les propriétés des armatures d’acier.
Tableau 3.4 Propriétés mécaniques des armatures en acier Grosseur de barre Diamètre (mm) Section (mm2) Module de Young (GPa) fy∗ (MPa) 10M 11,3 100 200 400 15M 16 200 200 400
∗ Résistance élastique spécifiée
Armatures de polymère renforcé de fibres (PRF)
Les barres d’armature de polymère renforcé de fibres de verre (PRFV) et de fibres de carbone (PRFC) ont été fabriquées par l’entreprise Pultrall inc. Quant aux barres de polymère renforcé de fibres de basalte (PRFB), elles ont été fabriquées par l’entreprise ASA.TEC. Le tableau 3.5 présente les propriétés des barres de PRF utilisées pour le renforcement des poteaux. Les figures 3.5 et 3.6 présentent respectivement les spirales et les barres droites de PRFV.
Tableau 3.5 Propriétés mécaniques des armatures en PRFV Grosseur de barre Type d’armature Diamètre (mm) Section nominale (mm2) Module de Young (GPa) Résistance à la traction (MPa) #3 PRFV 9,5 71 52,5 ±2,5 1328 #4 PRFC 13 129 144 1765 #5 PRFV 15,9 199 54,9 ±2,5 1289 #5 PRFB 16 201 64,8 ±3,3 1724
3.3. PROGRAMME EXPÉRIMENTAL 69
Figure 3.5 Spirale de PRFV
Figure 3.6 Barres No. 4 et No. 5 de PRFV