Sous sollicitation de traction

La traction est étudiée avec les essais de traction par fendage et ceux de flexion trois points. Le principe de ces essais repose sur l’application d’une charge de compression, engendrant

des contraintes de traction au sein du matériau. La résistance déterminée dans ces essais correspond à une résistance en traction.

Le comportement en traction en fonction de l’état hydrique du matériau est peu étudié [Butcher 57 ; Hanson 68 : cité par Rougelot 08]. Les paragraphes suivants résument les résultats du couplage hydro-mécanique sous traction, en fonction de l’essai effectué.

III.1.2.1 La traction par fendage

L’évolution de la traction par fendage montre une augmentation de résistance avec la dessiccation. Cependant, l’amplitude de cette augmentation diffère énormément selon les auteurs [Butcher 57 ; Hanson 68 : cité par Rougelot 08].

L’évolution de la résistance en fonction de l’humidité relative a été étudiée par Rougelot sur un mortier à base de ciment CEM II et à E/C=0,5 (figure 1.41) [Rougelot 08].

Fig. 1. 41 : Evolution de la résistance en traction en fonction de l’humidité relative imposée [Rougelot 08]

Rougelot a mesuré la résistance en traction par des essais brésiliens sur des échantillons soumis à différentes humidités relatives. Ainsi, l’évolution des résistances en traction est fonction de l’humidité relative imposée au matériau. Les différents degrés de saturation du matériau, obtenus par l’analyse des isothermes de désorption en eau sont également reportés sur le graphique.

Ces résultats mettent en évidence que la dessiccation du matériau accroît la résistance en traction du mortier. Le séchage accentue la dépression capillaire, causant ainsi un état précontraint du matériau, ce qui lui permet d’être plus résistant. L’augmentation de résistance est également attribuée à l’effet structurel causé par la non-uniformité des gradients hydriques entre les bords et le cœur de l’éprouvette, engendrant également une précontrainte au sein du matériau séché. 12% 30% 50% 90% Sw=21% Sw=33% Sw=45% Sw=68% Sw=56% Sw=75%

Par ailleurs, Rougelot présente également ces résultats pour un mortier à E/C=0,8 et constate une diminution de résistance avec l’augmentation du E/C et ce quelque soit l’humidité relative considérée. Un rapport E/C plus élevé donne un matériau à plus grande porosité, induisant ainsi des résistances plus faibles et des pertes d’eau plus importantes, à même humidité relative par rapport à un matériau à E/C plus faible.

III.1.2.2 La traction par flexion

Il existe peu d’études discutant de l’effet de la dessiccation sur le comportement mécanique en flexion trois points [Hotta 95 ; Kanna 98 ; Walker 57 : cité par Yurtdas 03 et Rougelot 08]. De plus, les résultats présentent parfois des tendances contradictoires.

Les résultats de Kanna montrent une augmentation de la résistance en traction par flexion avec la diminution de l’humidité relative, sur des mortiers à base de ciment Portland contenant ou non des laitiers et/ou des cendres volantes.

Fig. 1. 42 : Evolution de la résistance en traction par flexion sur un mortier additionné ou non [Kanna 98]

Ces premiers résultats mettent en évidence que la nature du ciment influence les propriétés du matériau soumis à la dessiccation. Les additions engendrent des microstructures plus fines que celle à base de ciment Portland. Ainsi sous dessiccation, les contraintes développées sont différentes, ce qui accentue ou non la rupture du matériau.

L’étude menée par Hotta et al. compare les résistances en flexion trois points en fonction du traitement imposé au matériau (figure 1.43) [Hotta 95]. Hotta étudie deux mortiers à différents E/C (E/C=0,3 et E/C=0,5) et il a considéré deux formes de séchage : un séchage monotone (monotonous drying test) et une combinaison de séchages (reiterative drying test). Pour chacune de ces formes de séchage, trois procédures sont suivies :

• la procédure « water curing » consiste à laisser l’échantillon sous eau jusqu’au jour d’essai, les résistances mesurées sont les références de l’étude ;

• la procédure « after drying » indique que le matériau est soumis à un séchage à 18°C et HR=43% un jour avant l’essai (précédemment il est soit resté sous eau (monotonous

drying test) ou a subi une combinaison de séchages et maturations d’une journée (reiterative drying test)) ;

• la procédure « water curing after drying » indique que le jour précédent l’essai, le matériau est de nouveau sous eau.

Enfin, ces procédures sont suivies pour effectuer des essais à 5, 9 ou 28 jours. La figure 1.43 en partie haute illustre ces différentes procédures de séchages et la partie basse regroupe tous les résultats obtenus.

Fig. 1. 43 : Influence du traitement imposé (séchage ou approvisionnement en eau) sur la résistance en flexion trois points d’une pâte de ciment [Hotta 95]

Nous constatons tout d’abord que les deux formes de séchage (monotonous drying test et

reiterative drying test) donnent les mêmes tendances. En considérant la résistance obtenue

avec la procédure « water curing » comme référence, nous remarquons que la résistance du matériau obtenue par la procédure « after drying » montre une diminution d’environ 1/3, quel que soit le E/C considéré. La microfissuration induite par le retrait de dessiccation serait la

cause de la baisse de la résistance en flexion trois points avec le séchage du matériau. Enfin, la résistance de la procédure « water curing after drying » est généralement équivalente à celle obtenue en « water curing ». Cela montre le rôle de l’eau liquide sur la redistribution de la contrainte mécanique durant l’essai.

Les résultats de Hotta et al. montrent une évolution de résistance avec la dessiccation (diminution de la résistance sous procédure « after drying » par rapport à celle « water

curing ») inverse à celle de Kana et al. La propagation de la fissuration de séchage est l’effet

de dessiccation prépondérant, par rapport à l’effet de la pression capillaire. L’évolution de la résistance en flexion trois points présente des tendances dissemblables en fonction des études considérées. Les conditions de fabrication et de cure des échantillons sont certainement les causes de cette différence de tendance. Par ailleurs, ces résultats nous permettent de poser l’hypothèse qu’un effet de compétition entre les mécanismes de la dessiccation apparaît lors de la flexion trois points. La prépondérance d’un mécanisme sur l’autre dépendrait du traitement (fabrication, cure, conditionnement, stockage) imposé au matériau avant l’essai, mais également de la stabilité hydrique des échantillons.

III.2 Comportement mécanique à long terme : le fluage de dessiccation