Brevet FR2340551A1 — publié le 19770902

La présente invention a pour objet un procédé et un appareil d'essai pour l'étude de la fissuration du béton. L'étude des possibilités de fissurisation des bétons et mortiers s'avère utile tant dans le cadre de recherches relatives à ces matériaux et au mécanisme de fissuration lui-meme que pour l'établissement d'un classement de ces matériaux d'après leur temps de fissuration. Pour contrdler les possibilités de fissuration des bétons, il est connu d'utiliser un essai de fissuration, dit essai de fissurabilité à llanneau, conforme à la norme française P 15-434. Cet essai connu est effectué sur de la pâte de ciment et fournit des renseignements relatifs aux temps de fissuration des ciments utilisés pour la fabrication de bétons et mortiers. Or, si la fissuration du béton est liée aux propriétés du ciment utilisé, et conditionnée en particulier par le phénomene de retrait du béton, l'essai de fissurabilité à l'anneau ne peut mettre en évidence une éventuelle influence des matériaux, tels que granulats et adjuvants qui, outre le ciment, entrent dans la composition du béton. C!est pourquoi la présente invention se propose de fournir un procédé et un dispositif d'essai pour l'étude de la fissuration de béton à partir du béton lui-même et non pas seulement du ciment entrant dans la composition du béton. Ce but est atteint par un procédé selon lequel, conformément A l'invention, on confectionne une éprouvette de béton dont on relie chaque partie d'extrémité longitudinale à une pièce de liaison respective, on maintient constante la longueur de l'éprouvette en exerçant, sur au moins une pièce de liaisonne force réglable dirigée suivant la direction longitudinale de l'éprouvette et on mesure l'intensité de ladite force. Le procédé conforme à l'invention permet ainsi d'étudier les possibilités de fissuration du béton sur le matériau même par l'étude de son comportement depuis sa mise en place jusqu'à la rupture par traction puisque, conformément à l'invention, l'essai de fissuration est conduit en maintenant constante la longueur de l'éprouvette et en s'opposant donc au retrait du béton. Comme il sera précisé par la suite, un tel procédé permet de mettre en évidence l'influence de nombreux facteurs sur les conditions et, en particulier, le temps de fissuration des bétons, ce qui ne pouvait être obtenu par le procédé connu- d'essai de fissuration conduit uniquement sur la pâte de ciment. Avantageusement, pour rendre l'éprouvette solidaire des pièces de liaison dès la mise en place du béton, on coule ladite éprouvette dans un moule dont deux parois opposées forment, au moins en partie, des têtes d'ancrage pour lesdites parties d'extrémité de l'éprouvette et constituent lesdites pièces de liaison. Cette coulée a lieu dans un moule dont les parois adjacentes aux faces longitudinales de l'éprouvette sont amovibles afin de permettre, en cours d'essai, le démoulage de l'éprouvette tout en la laissant reliée auxdites pièces de liaison. t1 invention a également pour but de fournir un appareil d'essai -pour la mise en oeuvre du procédé. Ce but est atteint par un appareil qui comporte, conformément A l'invention, un bati rigide, deux pièces de liaison susceptibles de former têtes d'ancrage pour les parties d'extrémité longitudinale d'une éprouvette de béton, ces pièces de liaison étant disposées face A face et au moins une d'entre elles étant montez mobile en translation par rapport A l'autre, un dispositif d'application de force relié A la pièce de liaison mobile, un premier dispositif de mesure permettant de détecter des variations de longueur dudit intervalle séparant les pièces de liaison et un second dispositif de mesure pour mesurer la force exercée par ledit dispositif d'application de forcé sur ladite pince de liaison mobile. Cet appareil est avantageusement associé à un dispositif de moulage comportant des éléments de paroi susceptibles d'être reliés audit bâti de façon amovible pour constituer avec lesdites pièces de liaison un moule pour la coulée d'une éprouvette. Ainsi, l'éprouvette de béton est directement mise en place sur l'appareil d'essai lors de sa coulée. D'autres particularités et avantages du procédé et de l'appareil conformes à l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, d'un mode particulier de leur mise en oeuvre. On se référera aux figures du dessin joint qui illustrent schématiquement : - figure 1 : une vue en élévation d'un appareil d'essai conforme l'invention en position verticale - figure 2 : une vue de dessus de l'appareil représenté à la figure 1, en position horizontale et muni d'un dispositif de moulage d'éprou vette ; - figure 3 : une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2 - figure 4 : une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure - figure 5 : une vue de L'appareil représenté à la figure 1, en cours dressai sur une éprouvette, et des circuits d'asservissexent et et de mesure associés à cet appareil ; et - figures 6 et 7 : des courbes représentatives des variations dans le temps des contraintes appliquées à l'éprouvette pour maintenir sa longueur constante au cours de l'essai. L'appareil d'essai conforme à l'invention et tel que représenté à la figure I comporte un bâti rigide 10 en forme de cadre et constitué par deux barres métalliques 11, 12 réunies à leurs extrémités par des entretoises 13, 14. Le bâti 10 est supporté par deux piliers 15, 16 au moyen d'axes horizontaux 17, 18 auteur desquels ce bâti peut pivoter. Des moyens de verrouillage (non représentés) permettent de maintenir le bâti en position verticale (figure 1,' ou horizontale (figure 2). Dans le bâti 10 sont montées deux pièces de liaison ou têtes d'ancrage 19, 20. La tête d'ancrage 19 est fixe par rapport au bâti 10 et est fixée s- s'encretoise 13. La tête d'ancrage 20 fait faoe à la tete d'ancrage fixe -9 et est molle cn translation rectiligne dans le bâti 10 suivant la direction longitudinale de ce bâti. Le deux têtes d'ancrage 19, 20 sont des pièces en acier compor- tant des rainures 19a. 20a, par exemple en forme de queue d'aronde, qui s'ouvrent sur les faces en regard, ou faces avant 19b 20b des têtes d'ancrage. Par sa race arrière 20c la tete d'ancrage mobile 20 est solidaire d'une extrémité d'une tige d'un dynamomètre 21 à jauges de contrainte, tige qui passe à travers un orifice prévu dans l'entretoise 14 et qui est solidaire à sol autre extrémité d'une plaque 22. Cette plaque 22 est montée coulissante sur deux tiges 23, 24 solidaires du bâti 10 et peut se déplacer en translation rectiligne suivant la direction longItudinale de ce bâti 10. Des vérins 25, 26, en nombre égal à deux dans l'exemple illustré, prennent appui sur l'entretoise 14 de manière pouvoir exercer par leurs tiges mobiles 25a, 26a une poussée sur la plaque 22 tendant à éloigner cette plaque 22 et, par la même, la tête d'ancrage mobile 20, de la tête d'ancrage fixe 19. Sur sa face opposée à celle recevant la poussée exercée par les vérins 25, 26, la plaque mobile 22 est soumise A une force de rappel élastique exercée par des ressorts 27, 28 enfilés sur les extrémités libres des tiges 23, 24 et s'appuyant contre des écrous 29, 30 vissés sur les extrémités filetées 23a, 24a des tiges 23, 24. Des goupilles 31, passant dans des orifices prévus dans les barres 11, 12 et s'engageant dans des perçages pratiqués dans les faces latérales de la tette d'ancrage mobile 20, permettent de verrouiller cette dernière dans une position prédéterminée fixe par rapport A la tête d'ancrage fixe 19. La mise en place d'une éprouvette de béton sur l'appareil d'essai représenté A la figure 1 sera maintenant décrite en référence aux figures 2 å 4. Au préalable, on effectue un réglage initial de l'appareil d'essai en procédant comme suit. On immobilise la tête d'ancrage mobile 20 au moyen des goupilles 31 et on comprime les ressorts 27, 28 par vissage des écrous 29, 30 sur les tiges 23, 24. Le dynamomètre à jauges.21 est alors sollicité par la force de compression des ressorts. Les signaux de sortie des jauges de contrainte montées sur la tige du dynamomètre 21 sont transmis à un galvanomètre. On équilibre alors la force exercée par les ressorts au moyen des vérins 25, 26 jusqu'à ce que la résultante des forces appliquée au dynanomètre 21 soit nulle, en réglant l'arrivée d'air comprimé dans les vérins de manière que l'aiguille du galvanomètre se trouve en face du zéro.L'essai étant ultérieurement conduit en maintenant la longueur de l'éprouvette, c'est- & dire la longueur de l'intervalle séparant les têtes d1ancrage 19 et 20, constante, on stocke ainsi une energie potentielle de compression dans les ressorts qui peut etre libérée en diminuant la pression exercée par les vérins afin de s'opposer à un éventuel allongement de l'éprouvette. Le réglage des conditions initiales de 11 appareil étant effectué, on munit ce dernier d'un dispositif de moulage permettant de couler une éprouvette de béton à tester directement sur l'appareil, la coulée ayant lieu en plaçant le bâti 10 en position horizontale (figure 2). Ce dispositif de moulage comporte une paroi de fond de moule 32, munie de pattes 33 pour sa fixation sur les barres il et 12, par exemple par vis, et deux parois latérales longitudinales 34, 35 placées parallèlement aux barres 11 et 12, reposant sur la paroi de fond 32 et s1 étendant entre les tetes d'ancrage 19 et 20. Ces dernières constituent les parois latérales d'extrémité du moule. La paroi de fond 32 s'étend sensiblement depuis l'entretoise 13, sous la tette d'ancrage fixe 19 jusqu'au voisinage de la tete d'ancrage 20. Afin dtéviter, lors de la mise en place du dispositif de moulage, une modification des conditions initiales préréglées de l'appareil d'essai, aucune des parties de ce dispositif de moulage n'est placée au contact de la tette d'ancrage 20. Aussi, afin d'assurer la continuité du moule dans les espaces restés libres entre ses parois, on dispose des rubans de matière plastique, par exemple en polyéthylene, tels que 36 (figure 4). Le moule étant constitué, on enduit les surfaces internes des rainures 20a et 20S, tout au moins leurs surfaces de fond, d'une couche de matériau adhésif 27 destiné à améliorer la liaison entre les extrémités longitudinales de l'éprouvette de béton et les tetes d'ancrage métalliques 19 et 20. On peut utiliser comme matériau adhésif une résine chargée de particules minérales, par exemple une résine époxy chargée de filler calcaire et contenant environ 200 parties en poids de filler calcaire pour 100 parties de résine. Les autres parois internes du moule sont enduites d'huile afin de diminuer le frottement de l'éprouvette coulée contre ces parois et de faciliter le démoulage. Dès le début du durcissement du matériau adhésif 37, on procède à la coulée du béton dans le moule délimité par la paroi de fond 32, les parois latérales 33, 34 et les tetes d'ancrage 19, 20. te serrage du béton coulé peut être effectué au moyen d'un taloche vibrante. On obtient une éprouvette 38 de forme prismatique et évasée A ses extrémités prises dans les tetes d'ancrage 19 et 20. La mise en place du béton terminée, on retire les goupilles 31 et l'essai peut démarrer. L'essai étant conduit en maintenant la longueur de l'éprouvette 38 constante, on met en place un dispositif de mesure de longueur comportant par exempt une tige 39 (figure 5' en un matériau peu sensible aux variations thermique6, par exemple en- silice. Cette tige est disposée le long et au-dessus de l'éprouvette 38 et prend appui à ses extrémités sur deux plots 40 er 41 (uniquement représentés à la figure 5) fixés sur les têtes 4'ancrage 19 et 20. La tige 39 est munie à ses extrémités de pieces cylindriques 42, 43 coopérant avec des capteurs de déplacement, par exemple de type inductif, prévus sur les plots 40) 41. La longueur de l'éprouvette 38 est maintenue constante automatiquement au moyen d'un circuit d'asservissement représenté figure 5. Les signaux délivrés par les capteurs de déplacement sont appliqués par des conducteurs 44, 45 à un sommateur 46 qui délivre en sortie un signal représentatif du déplacement global détecté au niveau des têtes d'ancrage 29 et 30. On notera que le signal de déplacement fourni par le capteur associé à la tête d'ancrage fixe 19 est pratiquement nul. En particulier, lorsque l'essai est conduit en maintenant ltéprouvette 38 en position verticale, la partie cylindrique 42 prolongeant la tige 39 vient alors en butée contre le plot 40. Ce signal est appliqué A un comparateur 47 qui reçoit également un signal de référence fourni par une source de tension ajustable 48. Des que la variation de longueur de l'éprouvette dépasse un seuil prédéterminé fixé par réglage de la source 48, le comparateur 47 délivre un signal qui, amplifié par un amplificateur 49, alimente un moteur réducteur 50. Ce dernier entrain un détendeur 51 monté entre une canalisation 52 d'alimentation en air comprimé et des conduits 53, 54 d'alimentation des vérins pneumatiques 25, 26. Selon le signe de la variation de longueur de l'éprouvette 38, le moteur 50 est entrainé dans un sens ou dans l'autre afin de provoquer une augmentation ou une diminution de la pression de l'air alimentant les vérins 25, 26 et exercer ainsi une force sur l'éprouvette tendant A maintenir sa longueur constante. Les contraintes exercées par le dispositif d'application de force constitué par les vérins 25, 26 et les ressorts 27, 28 sont mesurées au moyen du dynamometre 21 muni de jauges de contrainte telles que 21a. Les signaux émis par les jauges de contrainte sont sommés et transmis A un enregistreur 55 et A un galvanometre 56, ce dernier étant notamment utilisé pour le réglage des conditions initiales de l'appareil d'essai. Blessai est conduit depuis la mise en place du béton, avant son démoulage, puis après démoulage Jusaut la rupture de l'éprouvette due au retrait du béton. Le démoulage peut être effectué en position verticale après basculement du bâti. Le démontage du dispositif de démoulage est alors effectué en écartant les parois latérales 34, 35 et en faisant glisser la paroi de fond 32 le long des barres 11, 12. On remarque toutefois que le passage de la position horizontale à la position verticale provoque un tassement de l'éprouvette ce qui se traduit par une discontinuité de la mesure. Le démoulage peut être aussi effectué en position horizontale, l'essai étant alors conduit en maintenant constamment l'éprouvette dans cette position. Dans ce cas, la paroi de fond moule est maintenue en place et l'éprouvette est soumise à l'évaporation sur seulement trois faces après démoulage alors que dans le- cas du démoulage vertical, ITéprouvette est libre sur toutes ses faces. Le courbe A de la figure 6 illustre les variations en fonction de l'age du béton de la contrainte exercée par le dispositif d'application de force sur une éprouvette dont les dimensions étaient : longueur = 175 cm, largeur = 7 cm et épaisseur = 5 cm. Le démoulage a été effectué au bout de 10 heures en faisant basculer ltéprouvette en position verticale d'où la discontinuité de la courbe A. Les valeurs mesurées doivent donc etre corrigées comme illustré par la courbe A' représentée en traits interrompus. La courbe B de la figure 7 illustre les variations enregistrées de contrainte exercée sur une éprouvette de mêmes dimensions et nature que précédemment, mais démoulée en position horizontale. Sur les courbes A et B, on constate, pu'auprès la mise en place du béton, l'éprouvette a tendance au gonflement puisqu'il faut lui appliquer une force de compression pour maintenir sa longueur constante. Tout de Suite après le démoulage, on constate un brusque retrait.combattu par-un effort de traction. On note ensuite une nouvelle période de gonflement qui diminue progressivement.On observe enfin le retrait final du béton, retrait qui s'accroît Jusqu'à la rupture (fin des courbes A et B), ge du béton à la rupture pouvant être considéré comme le temps de fissuration Bye procédé et l'appareil d'essai avant décrits permettent d'étudier llinfluence de nombreux facteurs sur les possibilités de fissu- ration du béton. Parmi ces facteurs, on citera en particulier la nature du ciment, sa granulomètrie, la présence d'ad3uvants, en particulier de produits de cure, l'âge du béton au moment du démoulage.Par ailleurs, ces essais peuvent être conduits en parallèle avec d'autres essais mécaniques, par exemple avec des essais de résistance à la traction, pour une étude comparée des caractéristiques mécaniques des bétons. On notera enfin à titre indicatif que des essais comparatifs effectués d'une part, conformément l'invention et, d'autre part, conformément à l'essai de fissuration connu sur pâte de ciment ont montré que ce dernier essai apparait seulement susceptible d'apprécier les possibilités de fissuration d'un béton lorsque ce dernier est mal protégé contre la dessication au bout d'un temps relativement court après sa mise en place, par exemple pour un béton démoulé au bout de 10 heures, mais, par contre que cet essai connu ne suffit pas pour apprécier les risques de fissuration lorsque le béton est protégé pendant un temps plus long, par exemple 24 heures.On en déduit donc que l'essai conforme A l'invention permet notamment de mettre en évidence précisément l'influence d'un facteur tel que l'age du béton au démoulage, ce qui ne pouvait être obtenu par l'essai de fissurabilité A l'anneau sur patte de ciment. Bien entendu,-diverses modifications ou adjonctions pourront entre apportées au mode particulier de réalisation de l'invention ci-avant décrit sans pour cela sortir du cadre de protection défini par les reven dilations annexées. On pourra notamment associer un dispositif d'application de force A chaque tette d'ancrage, ces dernières étant alors toutes deux mobiles. Par ailleurs, on pourra conférer aux têtes d'ancrage des formes différentes de celles ci-avant décrites. Enfin, d'autres dispositifs connus pour la mesure des variations de longueur de l'éprouvette ou pour la mesure des contraintes qui lui sont appliquées peuvent être utilisés. REVENDICBTIONS 1. Procédé d'essai pour l'étude de la fissuration du béton, caractérisé en ce qu'on confectionne une éprouvette de béton dont on relie chaque partie d'extrémité longitudinale à une pièce de liaison respective, on maintient constante la longueur de l'éprouvette en exerçant, sur au moins une pièce de liaison une force réglable dirigée suivant la direction longitudinale de l'éprouvette et on mesure l'intensité de ladite force. 2. Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détecte en continu les variations de longueur de l'éprouvette et on règle l'intensité et le sens de ladite force en fonction du résultat de cette détection. 3. Procédé, selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisé en ce luron enregistre les variations d'íntensité de ladite force en fonction du temps. 4. Procédé, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérísé en ce que, pour relier lesdites parties d'extrémité de l'éprou- vette auxdites pièces de liaison, on coule ladite éprouvette dans un moule dont deux parois opposées forment au moins en partie, des tettes d'ancrage pour lesdites parties dtextrémité de l'éprouvette et constituent-lesdites pieces de liaison. 5. Procédé, selon la revendication 4, caractérisé en ce quton coule ladite éprouvette dans un moule dont les parois adjacentes aux faces longitudinales de l'éprouvette sont amovibles afin de permettre, en cours dlessai, le démoulage de l'éprouvette tout en la laissant reliée auxdites pièces de liaison. 6. Procédé, selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que, avant la coulée de I'éprowette dans le moule, on enduit d'un matériau adhésif les faces desdites têtes d'ancrage destinées à venir en contact avec lesdites parties d'extrémité de l'éprouvette. 7 Procédé, selon ia revendication 6, caractérisé en ce qu'on enduit lesdites faces des têtes d'ancrage avec une résine époxy chargée par des particules minérales. B Appareil d'essai pour l'étude de la fissuration du béton; caractérisé en ce qu'il comporte un bâti rigide, deux pièces de liaison susceptibles de former têtes d'ancrage pour les parties d'extrémité longitudinale d'une éprouvette de béton ces pièces de liaison étant disposées face à face et au moins une d'entre elles étant montée mobile en translation par rapport A l'autre, un dispositif d'application de force relié A la pièce de liaison mobile, un premier dispositif de mesure permettant de détecter des variations de longueur dudit intervalle séparant les pièces de liaison et un second dispositif de mesure pour mesurer la force exercée par ledit dispositif d'application de force sur ladite pièce de liaison mobile. 9. Appareil, selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de moulage comportant des éléments de paroi susceptibles d'être reliés audit bâti de façon amovible pour constituer avec lesdites pièces de liaison un moule pour la coulée d'une éprouvette. 10. Appareil, selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens amovibles de liaison de ladite pièce de liaison mobile avec ledit bâti. 11. Appareil, selon l'une quelconque des revendications 8 A 10, caractérisé en ce que ledit dispositif d'application de force comporte des premiers moyens pour exercer une force sur ladite pièce de liaison mobile en direction de l'autre pièce de liaison, des seconds moyens pour exercer une force sur ladite pièce de liaison mobile dans la direction opposée et des moyens de réglage de l'intensité de la force exercée par l'un et/ou l'autre de ces premiers et seconds moyens. 12. Appareil, selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mesure susceptible de fournir un signal de mesure représentatif de l'écart entre la longueur dudit intervalle séparant les pièces de liaison et une valeur prédéterminée et des moyens de commande desdits moyens de réglage agissant en réponse audit signal de mesure pour maintenir la longueur dudit intervalle à sa valeur prédéterminée. 13. Appareil, selon 1 l'une quelconque des revendications 11 et 12 caractérisé en ce que ledit dispositif d'application de force comporte au moins un vérin prenant appui sur ledit bâti pour exercer une force sur ladite pièce de liaison A I'encontre d'un dispositif de rappel élastique et des moyens de réglage de la pression de fluide admis dans le vérin. 14. Appareil, selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte un dynamomètre interposé entre ledit dispositif de déplacement et ladite pièce de liaison mobile pour mesurer la force exercée sur cette pièce de liaison. 15. Appareil, selon l'une quelconque des revendications 8 A 14, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'enregistrement des variations dans le temps de ladite force exercée par le dispositif d'application de force sur ladite pièce de liaison mobile.