Techniques de mesure du retrait restreint

Plusieurs essais ont été développés pour étudier les fissures du retrait restreint des matériaux cimentaires (Bentur et Kovler, 2003). Ces différentes méthodes peuvent être classées en trois catégories : les essais linéiques, les essais sur plaques et sur dalles et les essais à l’anneau instrumenté.

1.8.1.1 Les essais linéiques

Ce type d’essai consiste à utiliser une éprouvette linéaire en béton ou en pâte de ciment mise en place dans un banc d’essai de telle sorte que l’éprouvette soit bloquée à l’une de ces extrémités et laissée libre de se déformer à l’autre extrémité. A cette seconde extrémité, est connecté un système de chargement couplé à un dispositif de mesure des déformations. Ainsi, en fonction de la déformation du matériau étudié, un système d’asservissement exerce une force de traction opposée au retrait mesuré pour ramener la partie mobile à son emplacement initial (figure 1.12). Ce type de procédé ne peut être réalisé qu’une fois le matériau suffisamment rigide, c’est-à-dire généralement plusieurs heures après le coulage. Le suivi de la déformation est réalisé par des capteurs positionnés sur la partie mobile des moules pour l’ensemble des dispositifs. Plusieurs types d’essais linéiques ont alors été développés par différents chercheurs avec différentes dimensions et différents degrés de restriction (Springenshmid et al., 1994; Kovler, 1994; Altoubat et al., 2002).

Figure 1.12 Essai linéique développé par Springenshmid et al., (1994) Tirée de Leemann, Lura et Loser (2011)

1.8.1.2 Les essais sur plaques et sur dalles

Ces types d’essais permettent d’avoir une restriction dans deux directions. L’échantillon peut être assimilé à un ouvrage linéaire ou à une dalle dont les déformations sont empêchées en partie inférieure. Banthia et al., (1994) ont réalisé un dispositif avec un blocage sur toute la surface inférieure de l’éprouvette. Le blocage est assuré par le support rigide qui possède une surface granulaire ou crantée. L’échantillon est placé dans un caisson en plexiglas connecté à un ventilateur. Une centrale d’acquisition enregistre la température et l’humidité au sein de la chambre. L’inconvénient de ce type de dispositif est qu’aucune déformation n’est enregistrée pendant l’essai, seul un suivi visuel est effectué.

D’autres essais consistent en des dalles minces qui permettant d’étudier le comportement du béton en conditions empêchées (Kraii, 1985; Turcy, 2004). Parmi ces essais, la dalle Baenziger (Fig. 1.13) permet de simuler les conditions d'une réparation localisée. Cet essai peut fournir des informations utiles sur la sensibilité à la fissuration, dans la mesure où la dalle est vieillie et séchée suffisamment longtemps pour jouer son rôle d'élément restrictif. La géométrie de la dalle permet d'avoir une couche de réparation de profondeur variable entre 2,5 et 5 cm sur la moitié de sa longueur. La sensibilité à la fissuration est jugée à partir de la densité de propagation des fissures. Cet essai est envisagé dans le cadre de nos travaux de thèse.

Figure 1.13 Essai de la dalle Baeziger

1.8.1.3 Les essais à l’anneau

Le principe de cet essai consiste en un anneau de béton coulé autour d’un anneau rigide en acier instrumenté. Au fur et à mesure que le béton durcit, l’éprouvette de béton se contracte, tandis que l’anneau intérieur en acier s’oppose à cette contraction. Il en résulte alors une contrainte en traction dans le béton qui va provoquer la fissuration du matériau de réparation si, elle vient à dépasser la résistance en traction du béton.

L’essai à l’anneau a fait l’objet de nombreux travaux expérimentaux pour caractériser le retrait empêché des bétons, mortiers ou pâtes de ciment (Grybowski et Shah, 1990; Shah et al., 1998; Weiss et al., 2001; Weiss et Shah, 2002; Hossain et al., 2004; Radlinska et al., 2007). Il existe actuellement pour ce type d’essai deux configurations normalisées. La norme AASHTO PP34-99 (AASHTO, 2000) de L’American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). Dans cet essai l’anneau central, en acier, a une épaisseur de 9,5 mm, une hauteur de 152 mm et un diamètre extérieur de 305 mm. L’échantillon annulaire a un diamètre extérieur de 457 mm, et une section de 76 x 152 mm². Quatre jauges sont collées à l’intérieur de l’anneau en acier pour mesurer la déformation de celui-ci. Le démoulage de l’anneau s’effectue 24 h après le coulage pour permettre aux surfaces supérieures et inférieures d’être soumises au séchage à 21 °C et à 50% d’humidité. La seconde norme ASTM C1581 a été mise au point par l’American Society of Testing and Materials (ASTM). La géométrie de l’anneau est décrite sur la figure 1.14. L’anneau central

en acier a une épaisseur de 13 mm et un diamètre extérieur de 330 mm. La hauteur de l’anneau est identique à celle proposée par l’AASHTO, toutefois la différence réside dans le degré de restriction pour les deux anneaux et aussi dans les conditions de conservation.

Figure 1.14 Dimension de l’anneau conformément à l’ASTM C1581

C’est la configuration de l’anneau ASTM C1581 qui est retenue pour nos travaux de recherche. Cette configuration présente l’avantage d’une restriction auto-générée par la forme axi-symétrique du système ce qui élimine la complication liée aux systèmes de chargement utilisé dans les essais linéiques. Ainsi, au fur et à mesure que le béton durcit, l’éprouvette externe de béton se contracte, mais l’anneau intérieur métallique s’oppose à cette contraction. Il en résulte alors le développement d’une contrainte orthoradiale de compression de l’éprouvette de béton. Par ailleurs, en considérant l’anneau de béton comme une éprouvette infinie soumise à une contrainte uniaxiale de traction et en exploitant les résultats des déformations de l’anneau d’acier, l’évolution des contraintes induites en traction dans l’anneau de béton est calculée selon l’approche de Attiogbe et al., (2001). Les résultats issus de l’essai de l’anneau sont aussi exploités pour le calcul du coefficient de fluage en conditions de mouvement empêché. L’approche théorique est présentée en Annexe II.