Étude experimentale et theorique de l’endommagement des bfuhp sous sollicitations physiques et chimiques

ÉTUDE EXPERIMENTALE ET THEORIQUE DE L’ENDOMMAGEMENT DES BFUHP SOUS SOLLICITATIONS PHYSIQUES ET CHIMIQUES

Hui Bian, William Prince-Agbodjan, Laurent Molez

Laboratoire de Génie Civil et Génie Mécanique (LGCGM ), INSA-Rennes

20, Avenue des Buttes de Coësmes – CS 14315 - 35043 Rennes Cedex

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Les Bétons Fibrés à Ultra Hautes Performances (BFUHP) sont des matériaux innovants de haute technicité qui ont des propriétés de durabilité exceptionnelle, notamment du point de vue de la résistance au gel/dégel, aux sels de déverglaçage, à la carbonatation et à la pénétration des agents agressifs. Les fondements de la formulation de BFUHP repose sur: une optimisation multi-échelles des composants granulaires; l’utilisation de granulats de dimension maximale réduite et de haute résistance mécanique; une diminution de rapport E/C à des valeurs inférieures à 0,25; emploi de superplastifiant de dernière génération; introduction des fibres en quantité suffisante pour conférer au matériau une bonne ductilité.

Dans le BFUHP, les fibres jouent deux rôles majeurs ; d’une part, elles confèrent au béton une ductilité qui permet d’éviter le recours aux armatures passives classiques du béton armé, d’autre part elles empêchent la propagation rapide des fissures et induisent un comportement post fissuration nettement adoucissant. Dans notre travail nous nous intéresserons principalement au rôle des fibres dans l’initiation et la propagation des fissures dans l’échantillon sain et l’échantillon pré-endommagé. Nous utiliserons principalement les mesures de perméabilité au gaz et les mesures de vitesse de propagation d’ondes ultrasonores. Ces indicateurs non destructifs sont particulièrement pertinents pour caractériser la fissuration interne du béton et pour suivre son évolution en cours de sollicitation.

Après les caractérisations de l’état initial des différents échantillons étudiés : masse volumique apparente, porosité, perméabilité intrinsèque, et vitesse de propagation des ondes ultrasonores, nous avons ensuite étudié le comportement sous charge (évolution de la fissuration a été suivie par des mesures de perméabilité et de vitesse de propagation d’ondes ultrasonores) des différents bétons en examinant notamment le rôle des fibres dans l’initiation et la propagation des fissures dans l’échantillon sain et l’échantillon pré-endommagé, les pré-endommagements ont été réalisés à l’aide de sollicitations thermiques allant de 105°C à 400°C.

Fig. 1 : seuil de propagation instable de fissure (sk-pi)

Fig 2 : endommagement interne D sur su-pi

Le résultat de l’évolution de perméabilité au gaz sur l’essai de comportement sous charge (figure 1) sur l’échantillon sain nous montre assez clairement que, dans les bétons sains, les fibres tendent à retarder la création et la propagation instable (s_k-pi) des fissures, et dans le cas de fissure assez importante, les bétons avec macro fibres (f 100 mm) fonctionnent mieux par rapport aux bétons avec micro fibres (f 100 mm). Le résultat de l’évolution des vitesses de propagation des ondes ultrasonores sous charge sur l’échantillon sain et l’échantillon pré-endommagé par sollicitation thermique (figure 2) nous montrent que, le pré-endommagement thermique accroît la sensibilité des bétons fibrés aux dégradations mécaniques ultérieures. Les seuils de création et de propagation instable des fissures (s_u-pi ) sont abaissés. Sous cet endommagement thermique, les bétons avec micro fibres se dégradent plus nettement que les bétons avec macro fibres. Les fissures de pré-endommagement et en particulier les décohésions à l’interface des fibres deviennent des sites de concentration de contraintes et de fissuration précoce.