On peut ainsi déceler au centre la présence de la barre d’acier, très dense et donc très réfrac- taire aux rayons. Les granulats sont également différenciés dans le béton par leur couleur plus claire que le ciment, du fait de leur densité supérieure. La présence de vides ou de mousse est signalée en noir, à cause de leur très grande perméabilité aux rayons X par rapport aux autres composants. L’étude de la coupe verticale permet de mettre en évidence une fissure dans un plan horizontal à l’extrémité supérieure de l’interface. Il a pu être constaté sur le reste de l’éprouvette toute absence de fissuration en regard de cette fissure. Celle-ci est donc liée au carottage de l’éprouvette et non au chargement mécanique lors de l’essai.
Le reste des fissures est concentré à proximité de l’armature (cf. figure 5.35).
Figure 5.35: Fissure le long de l’armature (image pivotée de90◦ dans le sens horaire) Ainsi, une fine fissure droite est visible dans le béton le long de l’armature, passant au raz des nervures. Il n’a pas été possible de reconstruire cette fissure pour obtenir sa géométrie 3D autour de l’armature. Néanmoins, le profil observé sur différentes coupes verticales permet d’en déduire une géométrie globalement cylindrique.
Il convient également de noter la présence de triangles noirs à l’intersection entre cette fissure et les nervures de l’armature. Ces zones sombres résultent de la diffraction des rayons X dans l’acier et constituent donc simplement un artefact de mesure.
De plus, une large fissure de type conique peut être observée autour de l’armature au niveau de l’extrémité inférieure de la liaison (à gauche de l’image). Celle-ci peut être reliée à l’arra- chement du cône directement observé sur les faciès des autres éprouvettes (cf. figure 5.1). On constate ainsi nettement la présence de béton en forme de cône emporté par l’armature à l’ex- trémité inférieure de l’interface.
Enfin, à l’extrémité supérieure de l’interface (à droite de l’image), une zone noire peut être observée entre les deux premières nervures de la liaison. Cette couleur caractérise un vide pré- sent entre ces deux nervures, alors que les autres espaces entre nervures sont constitués de béton.
Ce vide, initialement en regard de la mousse, s’est ensuite déplacé dans le béton au cour de l’essai.
La radiographie de l’échantillon aux rayons X permet ainsi de confirmer les observations réalisées visuellement et grâce aux fibres optiques. La rupture de l’éprouvette a eu lieu par glissement de l’interface, le long d’une surface caractérisée par une fissure de mode II le long de l’armature et par une fissure de mode I à l’extrémité inférieure de l’interface.
5.4.2 Modification des caractéristiques de transfert de la liaison
La rupture de l’interface se caractérise par la propagation d’une fissure de mode II le long de l’interface, permettant un glissement global de l’armature dans le béton. Ce type de fissure n’est pas caractérisé, en théorie, par une ouverture de fissure, puisqu’il s’agit d’un glissement global d’une surface le long d’une autre. Cependant, le profil de la fissure n’est pas forcément rectiligne, du fait de l’hétérogénéité de l’interface. Les caractéristiques mécaniques de transfert, et notamment la perméabilité intrinsèque, peuvent alors être modifiées.
5.4. Auscultation des faciès post-mortem 143
Afin d’étudier ce point, les deux éprouvettes de 50 mm de longueur d’interface réalisées avec le béton Vercors ont été testées en perméabilité au Laboratoire de Mécanique de Lille, qui pos- sède déjà une expérience dans ce domaine (voir par exemple Skoczylas et al. [2007] et Chen et al. [2010]). Le principe de l’essai représenté figure 5.36 consiste à injecter par une extrémité de l’éprouvette de l’argon sous pression régulée, le gaz s’échappant librement à la pression atmo- sphérique à l’autre extrémité. Le débit est mesuré en sortie grâce à trois débitmètres massiques de gammes de mesures complémentaires et montés en parallèle. Pour réaliser l’essai, les éprouvettes ont été noyées au sein d’une enveloppe métallique dans un mélange de résine époxy SR 8500 et de durcisseur SD 7160 de la marque Neovents (cf. figure 5.37).
Figure 5.36: Schéma de principe de l’essai Figure 5.37: Préparation des éprouvettes Différents paliers de pression ont été appliqués et le débit de sortie est mesuré pour chaque palier. La perméabilité apparente du matériau au gaz Kapp (en m2) est déterminée à partir du débit volumique QS (en m3/s) à l’établissement du régime permanent, grâce à la loi de Darcy (cf. équation 5.15).
Kapp= µQs
S
2LP0
Pi2−P02 (5.15)
avec µ la viscosité dynamique du gaz (égale à 2,2.105 Pa.s pour l’Argon), L la longueur de l’échantillon (en m), S la surface de la section droite de l’échantillon (en m2), P0 la pression de drainage (ici la pression atmosphérique, égale à105 Pa) etPi la pression d’entrée absolue (en Pa).
Le calcul de la perméabilité a été réalisé en considérant une surface correspondant à un disque de 160 mm de diamètre. Ce choix n’est pas forcément réaliste car la surface d’injection a en partie été colmatée par la résine, il est donc vraisemblable que la majeure partie de l’écoulement se fasse le long de l’interface acier-béton. Or la surface d’injection n’étant pas connue, les valeurs obtenues peuvent donc seulement servir à la comparaison entre éprouvettes. Pour cela, le même protocole de mesure a été appliqué à une éprouvette identique mais n’ayant pas été sollicitée par un chargement mécanique. L’interface de cette éprouvette est donc vierge de tout endommagement d’origine mécanique.
La perméabilité intrinsèque Kintest calculée en corrigeant l’effet Klinkenberg [1941], caractérisé par son coefficient homonyme β, grâce à des mesures de perméabilités apparentes à différentes pressions d’injectionPi (cf équation 5.16).
Kapp=Kint
1 + β
Pi
(5.16)
La perméabilité intrinsèque est donnée en fonction de l’inverse de la pression d’injection (cf.
figure 5.38). La perméabilité intrinsèque du matériau au gaz, correspondant à la perméabilité apparente pour une pression infinie, est alors obtenue en effectuant une régression linéaire des points expérimentaux.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
x 10−5 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5x 10−16
1/Pi (Pa−1) K app (m2 )
Éprouvettes ruinées
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
x 10−5 0
1 2 3 4 5
x 10−18
1/Pi (Pa−1) K app (m2 )
Éprouvette vierge
Figure 5.38: Détermination des perméabilités apparentes et intrinsèques des éprouvettes On constate (cf. tableau 5.6) que la perméabilité intrinsèque des éprouvettes ruinées est en moyenne de 156.10−18 m2 et de 4,1.10−18 m2 pour l’éprouvette vierge. Ceci correspond donc à un ratio des perméabilités intrinsèques égal à 38.
Type d’éprouvette Perméabilité intrinsèque (m2)
50 mm - 1 230.10−18
50 mm - 1 81,4.10−18
50 mm - Vierge 4,1.10−18
Table 5.6: Comparaison des perméabilités intrinsèques des éprouvettes
Bien que les valeurs prises individuellement soient dépendantes du choix arbitraire de la section S, un tel écart entre éprouvettes endommagées et vierge est significatif. Ceci indique que le chargement mécanique de type push-in amenant à une rupture de l’interface par glissement global a eu pour effet d’augmenter la perméabilité du milieu dans la direction de l’armature. Or, le béton loin de l’interface et l’acier sont restés dans leur domaine élastique alors que l’interface a été endommagée. Cette modification de la perméabilité du milieu est donc imputable uniquement à la dégradation de l’interface.