Résistances en compression et flexion

3.4.1.1 Influence de la longueur et du taux de fibres de lin

Les valeurs de résistances mécaniques moyennes en compression et en flexion des bétons étudiés après 28 jours de cure sont représentées respectivement dans la Figure 3‑11 et la Figure 3‑12. Tout d’abord, on note que le béton témoin (BT) a une résistance moyenne de 46,39 ± 0,67 MPa en compression et de 5,01 ± 0,16 MPa en flexion. Ce béton présente donc un ratio résistance en flexion sur résistance en compression (Rf/Rc) égal à 10,8 %. La résistance en flexion (ou en traction indirecte) pour le béton ordinaire est généralement comprise entre 10 et 12 % de la résistance en compression (Neville, 2000). Dans la grande majorité des cas, l’incorporation de fibres de lin dans le béton entraîne une réduction de la résistance en compression (Figure 3‑11). Une tendance semble émerger avec la variation du taux de fibres. En effet, il apparaît qu’une augmentation du taux de fibres de lin résulte en une réduction de la résistance en compression.

rapport au BT n’est pas significative et reste toujours inférieure à 4 % dans le pire des cas (BFL avec fibres de 36 mm). Cependant, pour des taux de fibres plus élevés, en particulier avec 0,3 %, cette réduction de la résistance en compression devient plus significative : jusqu’à 17 % dans le cas du BFL avec 0,3 % de fibres de 12 mm. On peut par ailleurs noter que les fibres les plus courtes engendrent les plus faibles résistances en compression. Ces diminutions de résistance en compression dans le cas des bétons biofibrés ont également été soulignées par d’autres auteurs (Chafei, 2014; Kriker et al., 2005; Li et al., 2006). Ceci peut être attribué à l’augmentation de la teneur en air des bétons, qui par conséquent réduit leur compacité, et donc les résistances en compression. On peut d’ailleurs noter que les plus faibles résistances en compression ont été obtenues avec les bétons contenant de fortes quantités d’air occlus, et donc une teneur en fibres élevée.

Figure 3-11 : Résistance moyenne en compression des bétons à 28 jours

Figure 3-12 : Résistance moyenne en flexion des bétons à 28 jours

L’incorporation de fibres de lin dans les formulations a légèrement modifié la composition de ces bétons si l’on tient compte de l’air occlus. Plusieurs recherches antérieures se sont intéressées à la relation entre la composition et la résistance en compression du béton. L’une d’entre elles a été menée par Féret, qui propose l’Eq. 24 pour estimer la résistance en compression du béton en fonction de la composition volumique de la pâte cimentaire (Neville, 2000).

= ∗ ∗

+ +

Eq. 24

où : Rc est la résistance en compression du béton à l’échéance considérée; K est un coefficient dont la valeur dépend principalement des granulats utilisés ; fmc est la contrainte normale du ciment à l’échéance considérée ; Vc, Ve et Va sont respectivement les volumes de ciment, d’eau et d’air par rapport au volume total de béton.

Ainsi, la Figure 3‑13 présente la résistance en compression à 28 jours des bétons en fonction du terme Vc/(Vc+Ve+Va) de la relation de Féret (Eq. 24), basée sur la composition réelle des bétons en prenant en compte la teneur en air. On peut noter que la relation de Féret décrit correctement les mesures expérimentales. Cela indique que les fibres de lin n’ont pas une influence directe sur la

résistance en compression puisqu’elles ne sont pas prises en compte dans la loi de Féret. Toutefois, indirectement, les fibres de lin vont contribuer à augmenter la teneur en air des bétons, ce qui aura pour conséquence d’entraîner une diminution de la résistance en compression.

Figure 3-13 : Résistance en compression des bétons en fonction de la composition du béton selon la relation de Féret

D’autre part, comme attendu, la résistance en flexion du béton est influencée par la présence des fibres de lin (Chafei et al., 2014; Silva et al., 2010; Tonoli et al., 2009). On note que pour chaque longueur de fibres, plus le taux de fibres augmente, plus la résistance en flexion est élevée (Figure 3‑12). Dans la grande majorité des cas, la résistance en flexion des BFL est toujours plus élevée que celle du béton témoin (BT). Il apparaît également que pour un même taux de fibres, une diminution de la longueur des fibres entraîne une augmentation de la résistance en flexion. Ainsi, la plus grande résistance en flexion a été obtenue avec le BFL contenant 0,3 % de fibres de 12 mm, avec une résistance de 6,07 ± 0,33 MPa, soit une augmentation de 21 % par rapport au béton témoin. Avec les fibres rigides, comme des fibres d’acier, l’augmentation de la longueur de fibres permet généralement d’augmenter la contrainte maximale de flexion, du fait de la plus grande longueur d’ancrage (Francesco et al., 2013). Dans cette étude, l’observation inverse peut être faite. Cela pourrait être dû à une répartition inhomogène des fibres durant le coulage des éprouvettes du fait de leur plus grande longueur. En effet, les fibres de 36 mm ayant un élancement plus grand que les fibres de 12 mm, le phénomène d’agglomération des fibres est davantage présent, ce qui peut engendrer des zones avec des boulettes de fibres non‑enrobées dans la matrice cimentaire, et donc avec une faible adhérence. Par ailleurs, les valeurs du ratio Rf/Rc des différents bétons sont données dans la Figure 3‑14. On peut noter que les fibres de 12 mm semblent être celles qui améliorent le plus ce ratio. Par ailleurs, l’augmentation du taux de fibres permet également de l’améliorer. Avec le BFL incorporant 0,3 % de fibres de 12 mm, le ratio Rf/Rc obtenu est supérieur de 47 % par rapport au béton témoin.

Figure 3-14 : Ratio résistance en flexion / résistance en compression des bétons en fonction de la longueur et du taux de fibres de lin

3.4.1.2 Influence de la teneur en pâte

La Figure 3‑15 présente les résultats des résistances en compression et flexion des BFL en fonction de leur teneur en pâte. Pour les BFL avec des volumes de pâtes de 320, 350 et 390 L.m‑3, les résistances en compression sont relativement proches. La contrainte de compression reste globalement constante tandis que la résistance en flexion décroît légèrement : ‑2 % pour BFL‑355 et ‑4 % pour BFL‑390. Pour des quantités de pâte plus importantes, les caractéristiques mécaniques évoluent davantage. La résistance en compression augmente de 4 % pour BFL‑440 et 11 % pour BFL‑500, tandis que la résistance en flexion a respectivement diminué de 6 et 14 %. La diminution de la teneur en air (Figure 3‑10) peut expliquer l’amélioration de la résistance en flexion. La diminution de la résistance en flexion pourrait être due à l’augmentation de la quantité de ciment. En effet, les fibres végétales sont connues pour se dégrader au contact prolongé d’un environnement alcalin, comme la matrice cimentaire. Lorsque la teneur en pâte augmente, la quantité de ciment pour un même volume de béton augmente également, ce qui pourrait accélérer la dégradation des fibres de lin dans le béton, et par conséquent réduire leur caractéristiques mécaniques et donc leur efficacité à reprendre des efforts de traction (Pavasars et al., 2003; Toledo Filho et al., 2000).

Par ailleurs, il est là encore pertinent de s’intéresser au ratio résistance en flexion / résistance en compression (Figure 3‑16). Nous pouvons noter une diminution progressive de ce ratio avec l’augmentation de la teneur en pâte du béton. Le ratio Rf/Rc, égal à 0,159 pour une teneur en pâte de 320 L.m‑3, diminue progressivement avec l’augmentation de la teneur en pâte, jusqu’à une valeur de 0,124 pour un volume de 500 L.m‑3. Ce ratio reste toutefois supérieur à celui du béton témoin (BT).

Figure 3-15 : Résistances en compression et flexion des BFL en fonction de la teneur en pâte

Figure 3-16 : Ratio résistance en flexion / résistance en compression des BFL en fonction de la teneur en pâte