S.T.S Bâtiment LABORATOIRE CESSA - TP N° 6
Analyse sur bétons hydrauliques durcis
Principe
Le béton est considéré comme un solide après achèvement de la prise, mais il s’agit en fait d’un matériau en perpétuelle évolution :
*La poursuite des réactions d’hydratation du ciment dure plusieurs années.
*Les variations du milieu ambiant amènent des changements lents dans la structure du béton.
Nous allons étudier les essais qui permettent de mesurer les caractéristiques de résistance du béton en compression et en traction ainsi que ses déformations sous contraintes.
2 grandes familles d’essais sont envisageables :
Les essais DESTRUCTIFS sont menés sur des échantillons de bétons (éprouvettes cylindrique de type16 x 32). Ce type d’essai pose, entre autres, le problème de la représentativité des échantillons prélevés et du nombre d’essais limité au nombre d’échantillons.
Les essais NON DESTRUCTIFS menés sur la structure elle-même : scléromètre, auscultation sonique . Le nombre de mesures est illimité et le problème d’échantillonnage n’existe pas.
Mais les mesures étant indirectes (mesure de la hauteur de rebondissement d’une bille, mesure de la vitesse du son dans le béton ) ; l’interprétation des résultats n’est pas toujours aisée : problèmes d’étalonnage des appareils ; d’homogénéité du matériau. Nous utiliserons uniquement le scléromètre.
⌦ Intérêt en Génie Civil
- La résistance du matériau béton (fck) en compression est un des paramètres qui permet de dimensionner les ouvrages en béton armé ou précontraint.
- Le module d’élasticité longitudinale (E ) permet de calculer la déformée des structures.
- Lors de la formulation du béton par la méthode de Dreux-Gorisse, il est nécessaire de connaître également le coefficient granulaire (G). Vous déterminerez ce coefficient pour les granulats de l’IUT de Saint-Pierre.
Matériel nécessaire
- Presse hydraulique avec cadence mètre
- Appareil de surfaçage au soufre + accessoires - Appareil de fendage
- Scléromètre - Balance
Matériaux utilisés
- 5 éprouvettes cylindriques : 16x32 fabriquées lors de la première série de TP -
Mode opératoire :
- Repérez vos éprouvettes16X32 dans le local de stockage en prendre 5 sur le rayonnage correspondant au groupe
- Transportez les sur la paillasse pour le surfaçage.
- Pesez les éprouvettes 16x32.
I- Détermination de la résistance du béton durci en compression:
BUT de l’essai :
Il s’agit d’un essai destructif mené sur un échantillon de béton. Cet essai couramment utilisé en laboratoire, permet de connaître le comportement mécanique du béton en compression simple et notamment sa résistance ultime.
Dispositions à adopter : 1-Conditions requises :
L’éprouvette doit être soumise à une sollicitation de type COMPRESSION SIMPLE :
avec :
σ
en MPa (contrainte de compression) N : effort normal en Newton.A : aire de la section droite en mm².
2-Dispositions prises:
2.1- Pour l’éprouvette :
*Les faces de l’éprouvette doivent être parfaitement planes :
*Les bases de l’éprouvette doivent être parallèles entre elles et perpendiculaires à l’axe :
F F
x
MGz
x
Section : S
Vy F
N
T
G(cohésion)
=0 0
0 0
0 N
et :
PISTON
Concentration de contraintes dans certaines zones
NON OUI
NON OUI
T
G(F
extérieures)
=0 0
0 0
0 F
A
= N σ
⇒ N = -F
our satisfaire à ces conditions, il faut surfacer les éprouvettes. ( NF EN 12390-3 annexe A) P
prouvettes cylindriques oit être voisin de 2.
érance de l’effet de a résistance est alors surestimée.
) : la résistance est alors sous-estimée.
L
L / =2
Eprouvettes: 16 x 3 11 x 22
φ φ
*L’élancement des é d
Si L / φ < 1 ⇒ il y a prépond frettage (dessin ci-dessous) l
Si L / φ > 2 ⇒ il y a risque de FLAMBEMENT (dessin ci-dessous
.2- Pour la presse
2 :
ntielle élevée qui peut être libérée à certains moments, perturbant ainsi le processus de rupture.
Un des plateaux doit être monté sur rotule afin de s’appuyer correctement sur l’éprouvette.
La machine peut être « dure » ou « molle » selon que son bâti est respectivement compact et rigide ou non. Un machine « molle » emmagasinera une énergie pote
Développement de forces radiales dues au frettage
PISTON
(frottement des plateaux)
ROTULE
Eprouvette PLATEAU ARTICULE BATI
2.3- Facteurs influençant le résultat :
*Le frettage :
*La vitesse de mise en charge :
Une vitesse RAPIDE surestime la résistance. ⇒ On prendra :
v = 0,5 MPa / s
ne vitesse LENTE sous-estime la résistance.
U
*Le décentrement de l’éprouvette :
Une diminution de 10% de la résistance peut être due à
Un dispositif de centrage est prévu sur les presses normalisées.
ravail demandé :
un mauvais centrage de l’éprouvette.
⇒
T
1- Peser 3 éprouvettes 16 x 32 :
2 : NFEN 12390-3 annexe A (Présence de professeur souhaitée 2- Surfacer
3
éprouvettes 16 x 3pour la première manipulation)
Le surfaçage se fait soit en rectifiant les faces des éprouvettes (très cher !), soit avec un matériau moulable.
te aspirante.
éparer l’adhérence du soufre.
•
e l’axe avec la base.
frappant sa surface avec 2 doigts repliés. Si elle açage de la 2ème face est terminé, noter l’heure et attendre ≈20à 30 minutes avant
d’apport plus résistant que le béton de l’éprouvette mais
Le matériau d’apport est constitué de soufre.
• Chauffer le mélange dans un récipient approprié sous la hot
• Enduire la coupelle d’une pellicule d’huile de démoulage.
• Piquer doucement l ’éprouvette pour pr
• Essuyer proprement la face à surfacer.
• Verser une louche du mélange fondu (120°) dans la coupelle.
Descendre l ‘éprouvette sur le mélange en la faisant glisser sur les guides qui assurent la perpendicularité d
• Maintenir l’éprouvette quelques instants.
• La retirer et surfacer la 2nde face de la même manière.
• Vérifier soigneusement la qualité du surfaçage en sonne creux, enlever la couche et recommencer.
• Lorsque le surf l’écrasement.
Phénomène lié aux frottements du plateau en acier lativement indéformable sur la base de l’éprouvette.
ns transversales e l’éprouvette au voisinage des plateaux
te se rompt alors suivant 2 cônes : « en iabolo ».
es à l’effort sur toute la hauteur de re
Ces frottements empêchent les déformatio d
L’éprouvet d
Il est possible de limiter ce phénomène en utilisant des plateaux « en pinceaux ». Les fissures de rupture sont alors parallèl
l ’éprouvette.
décentrement
F
Huile puis mélange à 120°
C’est Chaud !!!!
Guides de centrage
Développement de forces radiales dues au frettage
(frottement des plateaux)
90- 3et 12504-2- (Présentation par l’enseignant) 3- Conduite des essais : NF EN 123
ur le plateau u contact de l’éprouvette
a et effectuer des mesures avec le
• Nettoyer les plateaux de la presse
• Mettre en place l’éprouvette verticalement et la centrer s
• Amener le plateau supérieur a
• Remettre les capteurs à zéro
Mettre en charge jusqu’à appliquer une contrainte de 0,5 MP
•
scléromètre (NF EN 12504-2) – Presse en mode manuel
3.1. Mesure de la dureté superficielle(essai non destructif) . NF EN 125 04-2
La méthode la plus couramment utilisée est celle du rebondissement d'une masse sur la surface du ermet de réaliser cet essai : le scléromètre.
béton étudié. Un appareil p 3.12. Principe de l'essai.
L'appareil consiste en une masselotte guidée par un tube, et projetée contre la surface du béton au moyen de ressorts préalablement comprimés. Sous l'effet du choc, la masselotte rebondit et comprim les ressorts qui entraînent un index le lon
e et de
e en
Remarque
g d'une échelle graduée ; la lecture sur l’échelle perm définir un « indice sclérométrique » : I . s
Plus la hauteur de rebondissement est grande, plus la surface essayée est dure.
Lorsqu’il est utilisé en position horizontale (surface verticale) l'appareil donne la résistanc compression en fonction de l'indice sclérométrique mesuré, vous devez utiliser l’abaque correspondant à l’appareil et fourni ci dessous
: Avant d'effectuer l'essai il faut impérativement nettoyer ou décaper la surface à essayer.
abaque : R(Mpa) = f(Is)
Scléromètre horizontal : α= 0°
3.2 – Essai Destructif NF EN 12390- 3
• Puis mettre en charge à vitesse CONSTANTE jusqu’à la rupture – Presse en mode automatique
• Nettoyer les abords de la presse à la fin de la manipulation Ecraser
3
éprouvettes 16 x 32Calculs - Résultats – Questions : (Fiche présentation des résultats fournie)
• Déterminer la résistance à la compression en faisant la moyenne des valeurs de rupture.
éton.
es plans de rupture avec le scléromètre et la presse. Conclusion
Etablir le PV rapport d’essais
• Comparer avec la valeur visée lors de la composition de b
• A partir de ces essais les ruptures sont elles correctes ?
• . Faire un croquis des éprouvettes rompues avec commentaire et description d
• Comparer les valeurs obtenues
•
. .
ESSAI de COMPRESSION
. Eprouvettes cylindriques: Φ = 16 cm ; h = 32 cm.
- Détermination des caractéristiques mécaniques des bétons - Norme NF P 12390 -2 /3/5/6 Nature de l’essai:
- essais de recherche. (1) Désignation de l’éprouvette:
- essais d’étude, de convenance et de Lieu de fabrication:
contrôle. (1)
- essais d’information. (1) Date de fabrication:
COMPOSITION du BETON: faite à l’IUT. (1) - faite à l’extérieur. (1) ésignation en % uantité
D w Q Mise en place du béton:
Sable: - par aiguille vibrante(1)
Gravier 1: - par piquage(1)
Gravier 2: Affaissement (cm):
Ciment: Provenance du ciment:
Eau: Adjuvant(nature et dosage):
Age EPROUVETTES Charge de Contrainte fci de Fcm Moyenne
(jours) Numéro Masse (kg) rupture (kN) rupture (Mpa) en Mpa
En déduire fck(MPa) = fck = fcm-8
asse volumique moyenne théorique ? (avecV= 6,4 dm3):
bservations:
(1) Rayer la mention inutile.
M O
Date de l’essai:
II- Détermination de la loi de comportement du béton durci en compression:
BUT de l’essai :
• Définir la loi de comportement du béton en compression simple.
• Déterminer les caractéristiques mécaniques réelles du béton étudié (modules de déformation, résistance caractéristique).
MATERIELS-MATERIAUX: - Presse.
- 1 Eprouvette cylindrique 16 x 32.(préparée) - 1 extensomètre
Pont d’extensométrie (à brancher en 1/4 de pont) - Facteur de jauge :2,06 - Résistance : 350Ω
DOCUMENTS: -Norme NF P 12390_3: Surfaçage des éprouvettes.(annexeA) -Norme NF P 12390-3: Essai de compression des bétons.
Travail demandé :
• Peser l’éprouvette équipée de billes – Presse en mode manuel
• Procéder à des essais de compression en suivant les indications du tableau suivant
• Fr = 700 kN
• Présenter les résultats sous forme d’un tableau
Déchargement Chargement
F Fr/10 2Fr/10 3Fr/10 4Fr/10 5Fr/10 4Fr/10 3Fr/10 2Fr/10 Fr/10
F en daN Δl
ε
σ en Mpa
Calculs - Résultats - Questions
• Tracer la courbe de comportement du béton de l’éprouvette.
fcj
0.5 fcj
ε σ
ε
bcrCalculer la résistance en
compression et la comparer avec celle obtenue avec les 2 éprouvettes testées en compression.
•
ε
c1r correspond à la rupture à partir du diagramme (σ
c= f(ε
c)
). Comparer cette valeur à celle donnée par le règlement :Eurocode 2 article 3.12 –tableau 3.1 (voir cours de BA)σ
Déterminer la valeur du module d’élasticité entre Ecm , sécant entre σc et 0,4 fcm Majorer sa valeur de 20% pour des granulats basaltiques
Comparer avec la valeur théorique Concluez
fcj
ε
0,5 fcj
ε
bc1Module sécant Courbe d’essai
fcm
0,4fcm
III- Détermination de la résistance du béton durci en traction:
BUT de l’essai :
• Déterminer la valeur caractéristique de la résistance en traction du béton.
• Comparer la valeur de la résistance en traction du béton à celle en compression.
Dispositions à adopter :
1-Conditions requises :
L’éprouvette doit être soumise à une sollicitation de type TRACTION SIMPLE :
avec :
σ
en MPa (contrainte de compression) N : effort normal en Newton.A : aire de la section droite en mm².
2-Dispositions prises:
2.1- La traction DIRECTE (pour info) :
2.2- La traction INDIRECTE :
Dans cette catégorie entrent un grand nombre d’essais qui soumettent l’éprouvette à une sollicitation de flexion. La Résistance des matériaux permet d‘en déduire la contrainte de rupture en traction.
La flexion peut être (pour info) :
• composée (appareil de SIMRUP)
• centrée (appareil de Michaëlis : charge centrée appliquée au milieu de l’éprouvette)
• sous moment constant.
Ces essais se font sur des éprouvettes prismatiques donc nécessitent un matériel (presse et moule) différent de celui nécessaire pour les essais de compression.
Ces méthodes donnent donc des résultats tous différents ⇒ on utilise donc en général la rupture par fendage ou essai brésilien car le matériel (presse et moule) est identique à celui nécessaire pour les essais de compression.
T
G(cohésion)
=0 0
0 0
0 N
et :
T
G(F
extérieures)
=0 0
0 0
0
−F
A
= N σ
⇒ N = +F
x
F
x
F F
Section : S
Vy
MGz N
Ce procédé est d’exécution délicate (éprouvettes cylindriques 16 x 32 lourdes ; autres dimensions d’éprouvettes, collage, traction pure,…). La dispersion des résultats est importante. Cette méthode est dans la
pratique peu employée. ROTULE
Eprouvette de section: A
F
1ère plaque collée 2 nde plaque collée
F
2.3- La traction par fendage ou essai brésilien :NFEN 12390-6
Cet essai se réalise sur des éprouvettes d’élancement 2 (par exemple :16 x 32) et à l’aide des presses de compression :
φ π L
rupture F
sp fct
= 2 ∗ ) (
F
Plan de rupture bandes de conta (contreplaqué)
F
ctbandes de contact (balsa)
avec : F rupture : Force de rupture en traction en N.
φ : diamètre en m.
L : longueur de l’éprouvette.
fct : contrainte de rupture en traction à l’essai brésilien en MPa.
Travail demandé :
• Peser les 2 éprouvettes.
• Effectuer un essai de rupture en traction par fendage sur 2 éprouvettes (la présence du professeur est indispensable : ne pas manipuler seuls).
Cet essai se pratique sur la même presse que celle qui sert pour les essais de compression mais avec un appareil de fendage. Monter l’appareil de fendage puis réaliser l’essai.
Noter la valeur de rupture pour les éprouvettes.
Calculs - Résultats - Questions
• Calculer la résistance en traction du béton ( fct). Comparez-la à celle obtenue en compression.
• la formule donnée par le règlement Eurocode 2 , reliant la résistance en traction et celle en compression du béton est :
ftm = 0,30 x (fck)2/3 si < C50/60 Vérifier son application dans notre cas. Conclusion.
• Préparer et remplir un tableau de synthèse de ce type et conclure :
Affaissement réel en cm
σ’28visé en MPa
ρ béton frais
en kg/m3
ρ béton durci
en kg/m3
Effort de compression en
kN
fcm obtenu
en MPa
Effort de traction en
kN
fct traction en MPa
* *
* *
* *
* *
* *
