Upload
belva
View
127
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
CFM, Marseille, 24-28 Août 2009. Développement d’un banc d’essai de retrait empêché :. relation entre formulation et fissurabilité des bétons au jeune âge. A. MESSAN, P. IENNY, C. BUISSON, P. COUTURIER, P. SLANGEN, J.S. WIENIN Ecole des Mines d’Alès, - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Développement d’un banc d’essai de retrait empêché :
relation entre formulation et fissurabilité des bétons au jeune âge
A. MESSAN, P. IENNY, C. BUISSON, P. COUTURIER, P. SLANGEN, J.S. WIENIN
Ecole des Mines d’Alès,
Centre des Matériaux de Grande DiffusionEMA/CMGD
CFM, Marseille, 24-28 Août 2009
Introduction
Contexte Un problème matériau :
Sensibilité à la fissuration prématurée (BHP/BUHP) Esthétisme Durabilité (Sulfates, chlorures, eau, oxyde de carbone…) Economique (opérations de réparation)
Baron, 1990
2
Introduction
Contexte Un problème matériau :
Sensibilité à la fissuration prématurée (BHP/BUHP) Esthétisme Durabilité (Sulfates, chlorures, eau, oxyde de carbone…) Economique (opérations de réparation)
Un problème mécanique:Fissuration au cours du retrait (contrainte interne de traction)
Les données en termes de… Retrait « libre », Comportement/Résistance à la fissuration (évolutifs)
…sont insuffisantes (viscoélasticité relaxe les contraintes internes)
Prise
00
6 9 123
2
4
00
6 9 123
2
4
00
6 9 123
2
4
00
6 9 123
2
4
temps (h)déf
orm
atio
n (
%)
Retrait plastiqueCapacité de déformationfissuration
Ziad Bayasi, 20023
Introduction
Contexte Un problème matériau :
Sensibilité à la fissuration prématurée (BHP/BUHP) Esthétisme Durabilité (Sulfates, chlorures, eau, oxyde de carbone…) Economique (opérations de réparation)
Un problème mécanique:Fissuration au cours du retrait (contrainte interne de traction)
Les données en termes de… Retrait « libre », Comportement/Résistance à la fissuration évolutifs
…sont insuffisantes (viscoélasticité relaxe les contraintes internes)
Nécessité d’étudier le retrait/comportement au très jeune âge du béton pour des conditions dites de retrait « libre » et
« empêché »
Développement d’un essai de fissuration : Maîtrise des Conditions aux limites d’empêchement Mesure directe de l’évolution de la contrainte interne de traction Mesures indirectes du fluage et de la réponse élastique
4
Plan : Développement d’un essai de fissuration :
Choix géométrique et dimensionnement Principe du double asservissement (maîtrise des C.L.) Calibration et sensibilité
Matériau BHP Formulation et caractéristiques
Essai de retrait empêché Reproductibilité Résultats et analyse d’un essai sur 24h
Conclusion perspective
5
Moyens d’essais existants : Géométrie d’essai:
Éprouvette prismatique
Av. : Sollicitation de traction simple
Inc. : Concentration de contraintes dans les zones de préhension
Développement d’un essai de fissuration
Igarashi S., 2000
6
Moyens d’essais existants : Géométrie d’essai:
Éprouvette prismatique Eprouvette annulaire
Av. : conditions d’empêchement aisée, sollicitation uniforme
Inc. : gradient de contrainte orthoradiale
Développement d’un essai de fissuration
Lamour V., 2003
7
Moyens d’essais existants : Géométrie d’essai:
Éprouvette prismatique Eprouvette annulaire
Conditions d’empêchement Système dit « passif » (basé sur la rigidité du bâti)
Inc. : mesure de la int au prix d’un compromis sensibilité/C.L. Système dit « actif » (maintien de la condition géométrique)
Inc. : dispositif complexe avec boucles d’asservissement
Av.: adapté à la mesure de int
Développement d’un essai de fissuration
8
Moyens d’essais existants : Géométrie d’essai:
Éprouvette prismatique Eprouvette annulaire
Conditions d’empêchement Systèmes dit « passif » (basé sur la rigidité du bâti)
Inc. : mesure de la int au prix d’un compromis sensibilité/C.L. Systèmes dit « actif » (maintien de la condition géométrique)
Inc. : dispositif complexe avec boucles d’asservissement
Av.: adapté à la mesure de int
Dispositif adopté Géométrie annulaire limiter le gradient
Système actif régulation adaptée à la sensibilité souhaitée sur int
Développement d’un essai de fissuration
9
Schéma de principe de l’essai :
Paramètres contrôlés Pression interne : servovalve (10 bars max.) vérin souple polyuréthane Géométrie de l’anneau : électronique (ponts de j.) jauges de déformation
Développement d’un essai de fissuration
rr
Plateau supérieur
Plateau inférieur
vérin souple
échantillon
P
Arrivée d’air (10 bars)Jauges de déformation
10
Dimensionnement de l’essai :
Contraintes radiale et orthoradiale (Pb. MMC 1 composant)
Développement d’un essai de fissuration
p
Ri
Re
er
ez
ez
er
e
2
2e
2i
2e
2i
2
2e
2i
2e
2i
rrr
R1
RR
Rp;
r
R1
RR
Rp
11
Dimensionnement de l’essai :
Contraintes radiale et orthoradiale (Pb. MMC 1 composant)
État de contraintes ni homogène, ni uniaxial
Développement d’un essai de fissuration
p
Ri
Re
er
ez
ez
er
e
2
2e
2i
2e
2i
2
2e
2i
2e
2i
rrr
R1
RR
Rp;
r
R1
RR
Rp
2
e2i
2e
2i
i
irr2
2i
2e
e
i1
RR
RR
R
RA
1R
R
2
11
R
RA
A1=0 traction homogène
A2=0 traction uniaxiale
Indicateurs
12
Dimensionnement de l’essai :
Essais normalisés sur béton section 70x70 mm2
Indicateurs d’homogénéité (A1) et d’uniaxialité (A2) des contraintes
Développement d’un essai de fissuration
p
Ri
Re
er
ez
ez
er
e
Ri = 500 mm, Re = 570 mm
Auteurs A1 (%) A2 (%)
HOSSAIN A.B. (2004) 63 38
LAMOUR V. (2003) 30 23
TURCRY P. (2004) 43-84 30-46
MESSAN A. (mortier 2006) 25 22
MESSAN A. (2008) 15 13
Ri = 250 mm, Re = 290 mm
13
Dimensionnement de l’essai : Homogénéiser la pression sur la paroi interne Mesurer l’écart au Rayon intérieur initial Assurer un coffrage du béton frais
Développement d’un essai de fissuration
Paroi interneParoi interne
Feuille de transfert métallique
14
Dimensionnement de l’essai : Homogénéiser la pression sur la paroi interne Mesurer l’écart au Rayon intérieur initial Assurer un coffrage du béton frais
Calcul de l’épaisseur de la tôle de transfert (Pb. MMC 2 composants): e = R - Ri
Développement d’un essai de fissuration
Paroi interneParoi interne
Feuille de transfert métallique
p
R
Re
er
ez
ez
er
e Ri
Epaisseur tôle 2 mm
Contrainte tôle 39.0 MPa
Contrainte béton 8.7 MPa
Pression dans le vérin 14.8 bars
Résolution contr. Interne 0.01 MPa
Résolution sur les jauges 2.06 10-7
Résolution pression vérin 0.015 bars
Contr. tôle, (rupture anneau) 368.4 MPaSi rupture de l’anneau de béton 15
Retrait empêché : principe et régulation
Développement d’un essai de fissuration
5m/m
Temps d’essai
Déf
orm
atio
n
0
Pre
ssio
n 0tttt fluageretraitélastiquetotal
fluageretrait
élastique
Essai de retrait libre
fluage
retrait
Cycle de compensation :
•Régulation en pression
•Régulation en déformation
Endommagement?
16
Retrait empêché : calcul de int
Développement d’un essai de fissuration
0tttt fluageretraitélastiquetotal
fluageretrait
élastique
retrait
tt
tavecttE
télastique
fluagefluage
tt1tE
t retraittotal
t1
tEtEavect
tEt effretrait
efftotal
coefficient de fluagemodule sécant
module sécant réduit
(Bazant Z.P., 1972)
(Gilbert R.I., 1988)
Coefficient de vieillissement 0,6-0,9 pour le béton durci; 0,9-1 pour le béton jeune
tt1
tEt'E eff
tRtCF tt'Et retraiteff Coefficient de fissuration:17
Retrait empêché : principe et régulation
Servovalve pilotée numériquement assureRégulation en pression/déformation
Développement d’un essai de fissuration
Air
co
mp
rimé
(1
0 b
ars
)
S V V
jauges de déformation
CP
PID
PID
P=Cte
0Logiciel de pilotage (Labview NI)
Anneau de béton18
Calibration et sensibilité : en l’absence d’anneau de béton
Déséquilibre en déformation (simulation d’un retrait) Alternance entre phases de compensation/repos
Développement d’un essai de fissuration
-80
-60
-40
-20
0
20
40
1500 2000 2500 3000 3500
Temps (s)
µ-d
éfo
rmat
ion
55
60
65
70
75
80
_o
rth
o t
ôle
(M
pa)
p = 2.17 bars p = 2.51 bars
Régulation en pression
Régulation en déformation
Réponse élastique de la tôle
19
Calibration et sensibilité :
Simulation d’un déséquilibre en déformation (…retrait) Réponse élastique de la tôle d’acier (calcul MMC, 1 composant)
Développement d’un essai de fissuration
67
68
69
70
71
72
73
74
-55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20
µ-déformation (x10E-6)
Co
ntr
ain
te o
rth
ora
dia
le (
MP
a)
Etôle = 192 GPa
20
Formulation et caractéristiques
Mise en œuvre : E/C = 0.37 Sable (JOFFRE) granulométrie 0/4 mm Gravillons de granulométrie 4/8 mm Ciment CEM I 52,5 N CE CP2 NF (surface spécifique de 438 m2/kg)
Coefficient d’étalement : 80 cm Masse volumique : 2456 kg/m3
Résistance à la compression à 24h : 49.8 MPa
Matériau BHP
Constituants Kg/m3
Eau 163
ciment 505
Sable 572
Fumée de silice 67
Gravillon 1080
Super plastifiant 1.5% (/poids ciment + Fumée de silice)
21
Reproductibilité
Sur la base de la formulation précédente %HR = 50%, température = 22°C
Choix du seuil en déformation : 3µdef < seuil < 6µdef
0.02 MPa < Sensibilité en contrainte < 0.05 MPa
à la prise du béton 0.13 MPa
Essai de retrait empêché
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0 2 4 6 8Temps (heures)
co
ntr
ain
te o
rth
ora
dia
le (
MP
a) essai 2 (seuil 3µdef)
essai 1 (seuil 4-6µdef)
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 2 4 6 8Temps (heures)
déf
orm
atio
n c
um
ulé
(x
10-6
)
essai 2 (seuil 3µdef)
essai 1 (seuil 4-6µdef)
22
Résultats et analyse d’un essai sur 24h %HR = 50%, température = 22°C, seuil en déformation : 3µdef
Essai de retrait empêché
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0 5 10 15 20 25
Temps (heures)
co
ntr
ain
te o
rth
ora
dia
le (
MP
a)
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Dé
form
atio
n c
um
ulé
e
Période dormante(béton à l’état frais)
Hydratation / cohésion (prise du béton)
23
Essai de retrait libre (éprouvette prismatique) Sur la base de la formulation précédente
Éprouvette prismatique
(320 x 70 x 70 mm3) Mesure du retrait (LVDT)
Essai de retrait empêché
•Période dormante similaire•Accommodation importante de la contrainte interne par fluage
-1600
-1400
-1200
-1000
-800
-600
-400
-200
0
0 5 10 15 20 25
Temps (heures)
déf
orm
ati
on
(x1
0-6
)
libre (test normalisé)
empêché (test anneau)Flu
age
24
Conclusions Étudier la fissuration prématurée des bétons (avant prise) Développement d’un essai de retrait empêché du type « actif »
Sensibilité adaptée à la mesure de contrainte interne faible (état frais) régulation adaptée au respect de la condition d’empêchement
Validation sur une formulation type BHP Période dormante non négligeable Importante déformation de fluage sous chargement graduel
25
Conclusions Étudier la fissuration prématurée des bétons (avant prise) Développement d’un essai de retrait empêché du type « actif »
Sensibilité adaptée à la mesure de contrainte interne faible (état frais) régulation adaptée au respect de la condition d’empêchement
Validation sur une formulation type BHP Période dormante non négligeable Importante déformation de fluage sous chargement graduel
perspectives Mise en place d’une base expérimentale (essais de retrait libre/empêché)
comportement évolutif au très jeune âge (rhéologie et mécanismes de fissuration)
évolution contrainte à rupture (effet de l’hydratation, du retrait et de int)
Influences des ajouts (↑ la contrainte à rupture, ↓ le retrait, ↑ le fluage?...)
Modélisation analytique comportement viscoélastique endommageable au très jeune âge Aide au dimensionnement des ouvrages GC26