Chapitre II Caractérisation des
2. Les résultats des essais classiques
2.5 Essais sur béton frais .1 Descriptif des essais
mesure, sur pâte, un retrait endogène beaucoup trop important par rapport à ce que l'on obtient généralement sur béton (fissuration du béton, mauvaise étanchéité des essais sur pâte ?). De plus, même si l'ordre de grandeur des déformations est très convenable dans le cas du fluage propre, il est difficile de rendre compte de la différence de comportement des deux bétons testés en fluage, le facteur granulat n'apparaissant généralement pas dans les modèles composites. Notons, pour finir, que les bons résultats présentés par (Le Roy, 1994) proviennent de bétons ayant un granulat identique.
2.5 Essais sur béton frais
Enfin, la fabrication du béton en laboratoire étant réalisée avec des granuláis secs, il peut paraître vraisemblable que certains granuláis vont mettre un certain temps pour absorber une part non négligeable de l'eau de gâchage (10 à 20 litres environ) dans les minutes qui suivent le malaxage des différents constituants. Le "slump" étant relativement sensible à la quantité d'eau, 10 litres suffisent pour le faire passer de 14 à 20. Or, il est à noter que les granuláis de Penly et de Paluel sont ceux qui présentent la plus grande porosité (environ 4 %) mesurée au porosimètre à mercure (cf. tableau 5). Ce phénomène est donc favorisé. Par contre, lorsque le béton est préparé dans une centrale à béton comme c'est le cas sur chantier, les granulats sont toujours relativement humides et c'est cette humidité (évaluée à l'aide de sondes hydriques dans les silos) qui est retranchée à la formule réellement mise en oeuvre, ce phénomène n'apparaît donc pas. Ceci semble être confirmé, pour le cas de Penly, par un léger raidissement du béton dans les heures qui suivent le malaxage. Etes essais sur béton frais ont été réalisés sur le chantier de Civaux BHP, dont le but était de regarder, à teneur en eau constante, l'influence de la teneur en eau des granulats sur la valeur du slump. Ils ont montré que l'influence était relativement faible. La totalité des résultats est présentée dans la deuxième partie.
Tableau 12 : Les essais sur béton frais.
Centrale Chooz Penly Civaux B l l Civaux BHP Paluel Flaman ville
Densité 2,402 2,276 2,334 2,376 2,306 2,406
Slump (cm) 6,6 17,9
9,1 11,5 19,5 6,9
Air occlus (%) 0,9
3 2,9 1,9 2,1 1,1
Remarquons enfin, qu'avec l'arrivée dans les laboratoires du rhéomètre LCPC développé par F. de Larrard et C. Hu (de Larrard, 1992 ; Hu, 1993), il sera alors possible de caractériser plus précisément la pompabüité du béton en précisant les caractéristiques rhéologiques vraies du béton5.
5 Si l'on suppose par exemple que le béton est un fluide de Bingham (ce qui est bien vérifié expérimentalement) ü sera caractérisé dans un diagramme (x, é ) par une droite affine. L'ordonnée à l'origine est appelée le seuu de cisaillement ?0 qui caractérise la déformation du béton sous vitesse de déformation nulle. Il donne les mêmes informations que le slump car il permet de calculer l'angle maximal du béton à l'équilibre. Le deuxième paramètre est la viscosité notée u. Pour une certaine vitesse de déformation, le cisaillement x est donc égal à :
T = T0+H|éj (1)
Si l'on souhaite connaître la déformation du béton dans un tuyau de pompe par exemple, pour obtenir des indications sur la pompabüité de la formulation utilisée, il existe, dans la littérature, des solutions analytiques relativement complexes qui donnent le champ des déplacements du béton Ç(r,z,t) dans une section, ceci dans le cas où il n'existe pas de glissement à l'interface tuyau/béton. Comme exemple, nous traiterons en application le cas où le champ de déplacement du béton est de la forme suivante :
pour r < R-a : % = Ç, (r)ez = v0tez (2) R - r
pour r> R-a : § = Ç2 (r)e£ = v0t ez (3) avec R îe rayon du tuyau de la pompe et a l'épaisseur de la couche limite supposée faible devant R. Nous
supposerons que l'écoulement est unidimensionnel suivant z ; ainsi, nous aurons : %(r,z,t) = ^E(r,t)ez. On
2 . 6 P r é s e n t a t i o n d e s e s s a i s m é c a n i q u e s 2.6.1 L e s essais m é c a n i q u e s a u L C P C a) Confection et conservation des éprouvettes
Vu la taille du plus gros granulat utilisé pour les bétons d'enceinte (25 mm), nous avons exclusivement utilisé, pour nos essais mécaniques, des moules métalliques 0 16 x 32, Le béton a été mis en place à l'aide d'aiguilles vibrantes. Le démoulage a lieu à 48 h. Pour la conservation des éprouvettes, nous avions le choix entre trois modes de conservation :
obtient alors l'allure du champ de vitesse v(r,z,t)=v(r,t) (le fait que v et % ne dépendent pas de z vient du fait que le béton est considéré comme un fluide incompressible : div(v) = dvr / dz = 0 ) :
pourr<R-a: v = v ^ r ^ =~ = vd t 0ez (4)
d¿ R-r
pour r> R-a : v = vI (r)e, = —- = v0 e (5)
z z dt a v
moy
= -Ljivrdrd0 = 4 ~ + ( R - a )2i l - ^±^ ] l <»
nm R \ 3 a ' l 3 a j j et du champ de vitesse de déformation é(r, z, t) = é(r, t) dans la section en écrivant :
pour r < R-a: é „ ( r , t ) = ~ ^ f ^ M = 0 (7) pour r> R-a : è ( r , t )B = — i ^ - ) = - - ^ - (8)
ra 2-dtV, d r j 2 a
En intégrant v.v sur la section, il est alors possible de calculer un débit Q(t) de béton par seconde dans la section :
Q(t) = pjj vïdrdG = ^2ïa.[ 12 • (R - a)*f—(R4 - (R - c t ^ R2* 2 R a + 3a3 )) ]
s 12 v a2 ) (9)
Par ailleurs, la vitesse de déformation nous permet de calculer le taux de cisaillement t(r,z,t) = X(r,t) ainsi que la pression du béton p(r,z,t) en écrivant :
2îirdr(p(r,z + d z , t ) - p ( r , z , t ) ) = -2jt((r + dr)x(r + d r , t ) - r T ( r , t ) ) d z (10) d p ( r , z , t ) _ l d ( r t ( r , t ) )
dz r dr
On intégre enfin l'équation précédente en écrivant que la pression à l'extrémité libre du tuyau est nulle : p(r,z = l , t ) - p ( r , z , t ) = - - ^ ( l - z )
r dr , 1 d ( r x ( r ) )n
p(r,z,t) = — ^ - ^ ( 1 - z ) r dr
(12)
En intégrant sur la section il est alors possible de calculer la pression moyenne p^yfct) sur la section :
p
moy(z,t)=~(Rt
0+
if
2-)a-^) (i3)
La puissance de la pompe P ^ ^ = pm o y(0,t)vm o y(t) s'obtient alors très facilement.
On peut alors dimensionner la pompe utilisée pour un débit donné, ou, plus généralement, imposer au béton un certain taux de cisaillement pour une certaine vitesse de déformation.
Si l'on souhaite résoudre le problème analytiquement, dans le cas où l'on suppose un glissement entre le tuyau de la pompe et le béton, ce qui est le cas dans la réalité, le plus difficile consiste à faire des hypothèses sur le champ de déplacement et sur l'épaisseur de la couche limite.
1. Dans l'eau, en piscine, comme le préconise la norme en vigueur dans un souci d'uniformisation (pour des raisons d'ailleurs plus pratiques que théoriques : c'est en effet le mode de conservation le plus facilement reproductible au niveau des conditions aux limites). On peut cependant lui faire le reproche de ne pas être très représentatif du mode de conservation réel du béton d'enceinte in situ.
2. A l'air libre : on peut en effet faire remarquer que le béton d'enceinte est lui aussi à l'air ubre! Cependant, comme le prouvent des études récentes par gammadensimétrie (Mensi, 1982), le séchage du béton est essentiellement un phénomène de peau tout du moins pendant la première année ; or nous cherchons avant tout à modéliser le béton de cœur (on se reportera notamment en figure 4.1 et 4.2 où l'on a simulé le séchage d'une éprouvette 0 16 et d'un mur de centrale nucléaire pendant une durée d'un an. On constate une grande différence entre les deux résultats : même au bout d'un an, le séchage du mur reste un phénomène de peau alors que sur éprouvette, le séchage a déjà largement atteint le coeur de l'éprouvette).
3. La dernière solution qui s'offre à nous consiste à conserver le béton en auto dessiccation i.e. sans échange d'humidité avec le milieu extérieur. D est à noter que ce mode de conservation a le mérite d'être représentatif du béton de masse de l'enceinte et d'offrir la plus grande homogénéité dans l'éprouvette, tant pour le champ de déformation que pour tout autre champ physique. Pour ce faire, au démoulage, on entoure chaque éprouvette de béton de deux couches d'aluminium autocollant Si l'on considère que les échanges d'eau avec le milieu extérieur sont stoppés (absence de fuite), l'humidité interne du béton est donc au minimum égale à 70 % HR ; en effet, en deçà, l'hydratation ne peut se poursuivre et il n'y a plus consommation d'eau.
De manière à assurer une bonne représentativité du mode de conservation des éprouvettes de béton par rapport au béton d'enceinte, nous avons donc décidé de conserver les éprouvettes en auto dessiccation.
Ce choix n'est pas sans importance, il faut savoir que le mode de conservation des éprouvettes n'est jamais neutre ; ainsi, le tableau suivant (tableau 13) (Bostvkonnois, 1990) donne quelques idées intéressantes sur les variations des caractéristiques mécaniques d'un même béton en fonction du mode de conservation des éprouvettes. On constate clairement sur ces résultats que, du fait d'une hydratation favorisée, les éprouvettes conservées dans une atmosphère plus humide auront une plus grande résistance et un module plus fort.
Tableau 13 : Influence des conditions de conservation sur les caractéristiques mécaniques d'un béton ordinaire à 28 jours.
Conservation Résistance (MPa) Module (GPa)
dans l'eau 53,2 45,6
en autodessiccation 45,4
42,4
à l'air 43,7 38,0
Figure 4.1 : Teneur en eau en 1/m3 en fonction de l'épaisseur dans une éprouvette de diamètre 16 cm après un an de séchage à 50 % HR.
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