Chapitre II Caractérisation des
2. Les résultats des essais classiques
23.4 Essais mécaniques (Résistance, Module et Coefficient de Poisson) .1 Descriptif de l'essai
a) Dimensions et caractéristiques des carottes
Les éprouvettes utilisées ont toutes été carottées dans un même bloc, duquel nous avons extrait 3 carottes de diamètre 4 cm et d'élancement 2,5, pour les essais mécaniques, et 2 carottes de diamètre 6 cm et de même élancement, pour les essais de fluage. Ces carottes ont été rodées et séchées à l'étuve à 50°C. L'essai est piloté en contrainte (0,5 MPa/s) ; on réalise trois cycles de charge / décharge. Le module est déterminé sur le chargement du troisième cycle.
b) Instrumentation
Afin d'obtenir la mesure des déformations avec le maximum de précision, nous avons préféré l'utilisation de jauges de contrainte plutôt que l'emploi d'un extensomètre qui, par ailleurs, ne permet pas la mesure des déformations diamétrales. Notons enfin que la longueur des jauges est peut être un peu faible, vu la taille des grains, pour le granite de Flamanville.
c) Mode opératoire
Nous enregistrons au cours du temps la déformation longitudinale, la déformation transversale ainsi que la contrainte. Nous pouvons alors obtenir la déformation volumique par la formule classique :
ev=tr(e) = elonï+2£tri!1J. (II-2)
Pour la détermination du module d'élasticité et du coefficient de Poisson, on réalise 2 cycles de charge / décharge jusqu'à 20 MPa ; l'essai est ensuite poursuivi jusqu'à îa rupture.
2.3.4.2 Resultate et interprétation
Les principaux résultats expérimentaux ont été reportés sur les tableaux 6, 7 et 8. Un récapitulatif des résultats sur le granite de Flamanville est présenté sur le tableau 9. Quelques courbes expérimentales contrainte / déformation sont présentées en Annexe.
Tableau 6 : Récapitulatif des essais sur les granuláis de Chooz (* : Essais réalisés au LCPC).
n°
1 2 3 4 5 6 7 8*
9*
10*
moyenne
Résistance (MPa)
144 160 160 114 155 140 147 138 200 235 160
Module (GPa)
69,6 71,4 71,5 70,5 74,0 75,0 72,0
Coef. de Poisson
0,25 0,26 0,30 0,28 0,29 0,29 0,27
Module dyn.
(GPa)
64,0 74,0 75,8 71,2
Tableau 7 : Récapitulatif des essais sur les granuláis de Civaux (* : Essais réalisés au LCPC).
n°
1 2 3 4 5 6 7 8*
g*
movenne
Résistance (MPa)
125 132 108 124 123 116 108 92 71 111
Module (GPa)
63,2 61,7 62,2 58,1 61,8 61,4
Coef. de Poisson
0,30 0,25 0,27 0,28 0,29 0,28
Module dyn.
(GPa)
56,3 57,4 56,9
Tableau 8 : Récapitulatif des essais sur les granulats de Flamanville (* : Essais réalisés au LCPC).
Faciès sain
11°
1 2 3 4 5 6 7 8*
9*
10*
moyenne
Résistance (MPa)
140 170 171 190 178 160 184 (74) 121 203 168
Module (GPa)
66,7 66,2 60,3 68,7 65,5 63,4 65,1
Coef. de Poisson
0,27 0,23 0,20 0,20 0,22 0,24 0,22
Module dyn.
(GPa)
60,1 60,9 61,8 62,1 Faciès altéré
n°
1 2 3 4 5 6 7*
8*
moyenne
Résistance (MPa)
180 190 190 189 201 194 (75) 127 181
Module (GPa)
63,4 62,9 64,2
67,2 64,2 64,4
Coef. de Poisson
0,27 0,21 0,26
0,20 0,21 0,23
Module dyn.
(GPa)
49,9 50,5 50,2 Faciès très altéré
n°
1 2 3 4 5 6*
7*
8*
9*
moyenne
Résistance (MPa)
123 101 114 90 (70)
105 113 247 200 136
Module (GPa)
54,1 49,1 48,7 51,8 50,3 58,0 50,0 51,7
Coef. de Poisson
0,15 0,19 0,19 0,18 0,18
Module dyn.
(GPa)
49,9 50,5 50,2
* : Essais réalisés au LCPC.
Tableau 9 : Synthèse des résultats obtenus pour le granite de Flamanville.
Caractéristiques Rc moyenne (MPa) Rc écart type (MPa) E moyen (GPa) E écart type (GPa) v moyen
v écart type
Granite Sain
168 23,8 65,1 2,7 0,22 0,024
Granite altéré
181 23,0 64,4 1,5 0,23 0,029
Granite très altéré
136 51,7 3,0 0,18 0,016
Au vu de ces résultats, on note que les propriétés mécaniques des granulats en présence sont significativement différentes ; ainsi, le calcaire de Civaux est relativement tendre (Rc = 80 MPa) par rapport au calcaire dur de Chooz (Rc = 190 MPa) ; le granite de Flamanville se situe entre les deux avec une résistance qui varie autour de 160 MPa. Le module d'élasticité varie dans le même sens que la résistance à la rupture, une régression (osée !) réalisée sur les points expérimentaux nous donne une variation du type, E = 22000R°'22 avec E et Rc en MPa.
On remarquera la grande dispersion des valeurs de résistance obtenues, dans une très large gamme pour le granite de Flamanville. Ce phénomène est caractéristique des roches fissurées (où la présence d'une fissure oblique par rapport à la direction de chargement provoque une rupture par glissement le long de cette fissure), phénomène que l'on ne rencontre pratiquement jamais pour le matériau béton (dans ce cas, on soupçonnerait plutôt un défaut de rectification ou bien une mauvaise vibration).
Connaissant la valeur du coefficient de Poisson et de la vitesse du son, on peut calculer le module dynamique du matériau ; on remarquera (figure 1) l'excellente corrélation obtenue entre le module dynamique et le module d'Young.
Par ailleurs, les courbes contrainte déformation obtenues permettent de préciser que les différents granulats ne présentent pas de phase initiale de resserrage de fissures. On constate aussi que la phase élastique des granulats de Chooz et de Civaux est relativement réversible par rapport au granite de Flamanville qui présente, lui, un cycle d'hystérésis très marqué, caractéristique d'une fissuration plus importante.
Les essais sur différents échantillons de granite de Flamanville montrent une relative hétérogénéité du massif, que l'on met en évidence par les valeurs dispersées de vitesse du son et de module d'Young. On constate, par ailleurs, que le module chute de près de 20 % quand on passe du faciès sain au faciès très altéré ; le coefficient de poisson étant, lui aussi, plus faible (le matériau devient plus compressible). Si l'on décide, pour analyser leur fiabilité, d'interpréter les résultats d'une façon statistique, on doit dans ce cas utiliser une loi de Student. On suppose que les résultats se répartissent suivant une loi normale de moyenne moy et d'écart type a. Dans le cas où l'écart type de la loi normale est inconnu, la meilleure
/ SU,-»)3
estimation non biaisée est alors 5 = ^^^- , où n le nombre d'échantillons. On sait alors que t = ^ l î - suit une loi de Student de degré n-î. On se rend alors compte que statistiquement,
seuls, les résultats sur granite très altéré sont significativement plus bas que les essais sur granite sain et moyennement altéré, et ce, uniquement pour le module. L'écart à 95 % de confiance autour de la moyenne est en effet de l'ordre de 3 MPa pour le module, de 0,03 poul- ie coefficient de Poisson, et de üordre de 20 pour la résistance.
Figure î : Corrélation entre le module dynamique et le module d'Young des granulats testés.
80,00
75,00
50,00
45,00
1
j
!
!
A Ovaux
D Flamanville
• Chooz
D
O n n
? °
a
A '
a •
¿
S D
<
•
•
45,00 50.00 55,00 60.00 65,00 module d'Young [GPa]
70,00 75,00
2.3.5 Les essais de fluage sur granulats 2.3.5.1 Description sommaire du montage
Pour l'instrumentation des éprouvettes, nous avons opté pour une mesure des déformations à l'aide de 3 jauges à 120° du type PL 60 (de longueur 60 mm) en montage demi-pont. Nous avons doublé les essais en mesurant, sur un autre jeu d'éprouvettes, les déformations différées par 3 capteurs de déplacement (LVDT) placés à 120°. De manière à évaluer avec plus de précision la déformation asymptotique, les éprouvettes munies de capteurs ont été chargées à 23 MPa, respectivement 40 MPa pour celles munies de jauges, ceci au lieu de la dizaine de MPa imposés par la précontrainte. Ensuite, nous faisons l'hypothèse de la linéarité de la déformation différée par rapport à la contrainte appliquée. Le bâti de fluage utilisé est celui du LMDC. La charge est appliquée instantanément (quelques secondes) puis maintenue constante manuellement. L'essai a lieu dans une salle climatisée à 20° ± 1°C et 50% ± 5%
HR.
2.3.5.2 Résultats et interprétation
Les résultats relatifs aux déformations différées moyennes, mesurées sur carottes, sont reportés en figure 2. Les jauges se sont très bien comportées sur une durée relativement longue. Il semblerait que les capteurs aient donné des résultats beaucoup moins fiables que les jauges. Nous ne présenterons donc que les résultats relatifs aux jauges. Les 3 types de
granuláis présentent, à peu de chose près, le même comportement différé ; la déformation asymptotique est atteinte dans les 40 premiers jours à un niveau de 40 udef, ce qui donne un fluage spécifique de l'ordre 1 udef / MPa, soit presque à la limite de ce que l'on peut mesurer avec des jauges. Le comportement différé mesuré est donc bien conforme à ce que l'on pouvait s'attendre pour des roches ayant un comportement instantané élastique fragile.
La conclusion de notre étude est la suivante : pour des nivaux de contrainte inférieurs à 40 MPa (ce qui est bien le cas pour notre étude puisque le béton est précontraint à hauteur de 13 MPa), les granulats de Flamanville, de Chooz et de Civaux, utilisés lors de la reconstitution des bétons en laboratoire, ne présentent pas de fluage mesurable. Dans la suite de la modélisation, nous choisirons donc pour ces granulats, un comportement élastique fragile.
Figure 2 : Déformation moyenne de fluage des granulats.
-0.2 J-
Temps en jours
2.4 Les essais sur pâte de ciment