Résistance thermomécanique des TRC

Au régime TMFC, les composites TRC ont donné des résultats expérimentaux sur la température de rupture et la durée d’exposition à chaque niveau de force appliqué. Ce sont des valeurs de critères pour évaluer la capacité d’un matériau au feu.

i. Température de rupture

La Figure 3. 20 montre les résultats effectués sur des éprouvettes des TRC de carbone au régime TMFC. D'après la Figure 3. 20, on peut observer que l'augmentation de la température en fonction du temps était similaire à celle d’ISO-834 [157] lorsque la température augmentait au-dessus de 800 °C. L'augmentation de la température dans le four pourrait être divisée par deux phases: la première phase avec la vitesse accroissant de la température d'environ 30 °C/min si la température était inférieure à 800 °C; la seconde phase avec une vitesse d’augmentation de la température d'environ 4 °C/min si la température était supérieure à 800 °C (voir la courbe d’augmentation de la température pour éprouvettes F.GC2-9%). Il était acceptable de simuler une augmentation de la température en cas d'incendie.

Concernant la résistance à température élevée des composites, deux TRCs de carbone ont donné une température élevée de rupture à chaque niveau de la force appliquée. Comme résultats, les éprouvettes F.GC1 peuvent subir l'action thermomécanique jusqu'à la température de 760 °C correspondant à la force imposée de 1KN (11% par rapport à sa force

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-ultime à température ambiante), alors que F.GC2 résistait jusqu’à la température de 944 °C avec la force appliquée de 0.6 KN (9%). Sur la Figure 3. 20, on peut trouver que la température de rupture des composites TRC de carbone diminue progressivement lorsque la force imposée augmente. Avec un niveau de force appliqué de 75% (7.1 KN) pour F.GC1, sa température de rupture est de 274 °C, tandis que F.GC2 a possédé une valeur de 472 °C correspondant au niveau de force appliqué environ de 71%. Les autres valeurs de la température de rupture obtenues à partir des essais au régime TMFC sont présentées dans le Tableau 3.11 ci-dessous.

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-Tableau 3. 11: Résultats du test effectué sur des éprouvettes de TRC au régime TMFC (la valeur de l'écart-type en parallèle) fonction des valeurs relatives du temps pour tous les niveaux de charge appliqués variant de 11% à 75% pour F.GC1 (voir Figure 3. 20a) et variant de 9% à 71% pour F.GC2 (voir Figure 3. 20b). On remarque que pour avoir une bonne visibilité pour toutes les courbes

« température - temps» montrées sur le même graphique, l'origine de chaque courbe

« température - temps » correspondant à chaque rapport de force appliqué est déplacée vers une position relative sur l'axe du temps. Cela signifie que sur la Figure 3. 20, pour chaque courbe « température - temps », la valeur absolue du temps à l'origine de la courbe est égale à 0 (min).

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-(a) Pour F.GC1 (b) Pour F.GC2

Figure 3. 20: Augmentation de la température en fonction du temps à différents niveaux de force appliquée

ii. Durée d’exposition à température élevée

A partir de la Figure 3. 20, on peut trouver que la durée d’exposition à température élevée des éprouvettes de TRC diminuait progressivement avec l’augmentation du niveau de force appliqué. Cette valeur pour F.GC1 est baissée à partir de 28 minutes au niveau de la force de 11% jusqu’à 11 minutes au niveau de la force de 75%, alors que les éprouvettes de F.GC2 ont donné une diminution de la durée d’exposition en fonction du niveau de force appliqué, à partir de 53 minutes à 17 minutes (voir Tableau 3.11). Les deux composites TRC de carbone ont donné les valeurs similaires sur la durée d’exposition à température élevée correspondant avec le niveau de force appliqué environ de 50%. Cette valeur dans ce cas-là est de 23.4 (+0.4) et 23.7 (+1.1) minutes respectivement pour F.GC1 et F.GC2. Les essais avec le niveau de force de 9% sur les éprouvettes de F.GC2 ont donné une grande valeur d’écart-type de la durée d’exposition (19.4 minutes), à cause de la faible vitesse d’augmentation de la température (environ 3.5 °C/min). Donc, la température de rupture n’a pas beaucoup varié tandis que la durée d’exposition correspondante a une large variation dans sa valeur.

Si on compare les résultats expérimentaux obtenus avec la courbe d’augmentation de la température ISO-834, on pourrait prédire la durée supportant du TRC en cas d’incendie à suivant la courbe d’ISO-834. L’augmentation de la température en cas d’incendie dans un bâtiment de génie civil est spécifiée selon la norme ISO 834 [157], par l’équation 6 suivante :

ܶ ൌ ͷ͵Ͷ݈݋݃_ଵ଴ሺͺݐ ൅ ͳሻ ൅ ʹͲ Équation 7 Où : T est la température dans un compartiment d’incendie (°C);

t est le temps d’un incendie (minute) ;

Avec la température de rupture obtenue des éprouvettes TRC de carbone, on peut calculer inversement le temps pour que la température atteinte la valeur souhaitée. L’équation 7 présente la formule de calcul la durée réelle d’exposition en cas d’incendie.

ݐ ൌ^ଵ_଼൤ͳͲ^{ቀ೅షమబఱయరቁ}െ ͳ൨ Équation 8

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-Le Tableau 3.12 ci-dessous présente toutes les valeurs de la durée réelle d’exposition à température élevée en cas d’incendie suivante à la norme ISO 834 [157].

Tableau 3. 12 : La durée réelle d’exposition à température élevée à suivant la courbe d’ISO-834 Eprouvette Température

Les éprouvettes de TRC après les essais au régime TMFC sont observées pour identifier le mode de rupture. Selon les résultats obtenus, les composites TRC de carbone présentent un mode de rupture fragile, clairement caractérisé par une chute significative de la force dans le graphique d’essai. Sur le corps des éprouvettes, il y a des fissures transversales et la défaillance d’une éprouvette s’est trouvé à la section avec une ouverture de fissure. Avec l’apparence et l’ouverture des fissures, le transfert thermique s’est produit plus rapidement dans la matrice cimentaire. Donc, le textile de carbone était facilement attaqué par l’action de température élevée.

(a) Pour F.GC1 (b) Pour F.GC2

Figure 3. 21 : Modes de rupture des éprouvettes de TRC au régime TMFC avec différents niveaux de force appliqués

La Figure 3. 21 présente des images d’éprouvette de TRC après les essais au régime TMFC avec différents niveaux de force appliqués. Sur la Figure 3. 21a, on peut trouver que le

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-nombre des fissures et l’ouverture de fissure augmentaient progressivement avec l’augmentation du niveau de la force appliqué. Au niveau de la force appliqué supérieur de 50%, il y a plein de fissures sur le corps d'éprouvette car avec ces niveaux appliqués, ce TRC avait dépassé la phase de fissuration de son comportement mécanique. Une observation similaire peut être trouvée sur les éprouvettes de F.GC2 au niveau de force plus grande que F.GC1. Avec la force appliquée de 4.5 KN (75%), F.GC2 avait juste dépassé la deuxième phase de son comportement. Aux autres niveaux de force appliqués, l’éprouvette de F.GC2 est cassée avec quelques fissures sur son corps.