Soutenance mémoire
Essai de la porosité accessible à l’eau
Principe de mesure
Mode manuel
Ce mode permet de contrôler avec précision l’accroissement de la fréquence ainsi que le voltage appliqué par l’ERUDIT. En conséquence, il sera plutôt utilisé pour déterminer quels voltages et gamme de fréquence doivent être adaptés à un type particulier d’échantillon à tester. Nous pouvons évidement utiliser ce mode pour mesurer une fréquence de résonance mais le mode automatique est conseillé pour cette utilisation.
Mode automatique
L’objectif est de déterminer la fréquence de résonance d’un échantillon de béton. Pour faire fonctionner ce mode, l’utilisateur n’a qu’à entrer la gamme de fréquence qu’il souhaite balayer, le pas entre 2 fréquences ainsi que le voltage appliqué par l’appareil. La mesure de la fréquence de résonance se fait alors automatiquement.
Suivant la norme NF P18-414, nous avons déterminé la fréquence de résonance des éprouvettes. La procédure de contrôle consiste à placer les supports du prisme ou du cylindre de béton, en fonction du type et du mode de vibration que l’on désire créer, sur le banc d’essais. Ensuite, les transducteurs électro-acoustiques sont placés dans les positions convenables sur les faces de l’éprouvette. L’émetteur est relié à la génératrice basse fréquence d’excitation. Le récepteur est relié à l’appareil de mesure après amplification. La mesure consiste à rechercher l’amplitude maximale de vibration de l’éprouvette, qui est mise en évidence par la déviation maximale de l’appareil de mesure, de la tension de sortie.
Procédure de contrôle
Cet appareil Erudit nous permet de mesurer la fréquence de résonance fondamentale d’une éprouvette en béton durci (essai non destructif).
Cette mesure consiste à faire vibrer une éprouvette de béton durci (excitation mécanique) soit longitudinalement, soit en flexion, soit en torsion et à déterminer la fréquence de résonance correspondante.
Ces valeurs notées respectivement FL, FF et FT permettront de calculer par la suite les grandeurs suivantes :
– Le module d’élasticité E pour les différents modes (longitudinal, flexionnel)
– Le module de rigidité G (mode torsionel)
– Le coefficient de Poisson.
Vibrations longitudinales
Les vibrations longitudinales sont produites quand la direction de vibration est parallèle à l’axe longitudinal de l’éprouvette. Pour cela les transducteurs acoustiques doivent être placés selon le schéma de la figure 2.3. Pour un prisme le mode fondamental d’oscillation implique un noeud au milieu (figure 2.4) et des ventres aux extrémités. II en résulte :
Les fréquences des harmoniques sont des multiples entiers de l’oscillation fondamentale, mais seuls les harmoniques impairs correspondent à un noeud au milieu de l’éprouvette.
Le mode opératoire suit les étapes suivantes :
Centrer l’éprouvette sur le support central, la maintenir à l’aide de la traverse (utiliser les barres d’espacement pour surélever l’éprouvette).
Graisser légèrement les parties du vibreur et du capteur en contact avec l’éprouvette à tester.
Positionner le capteur et le vibreur (translation le long des rails) de manière à ce qu’ils soient en contact avec le milieu de chaque extrémité de l’éprouvette puis les fixer.
Sélectionner la gamme de fréquence désirée, pour des éprouvettes de béton, on choisira la gamme de fréquence en fonction des dimensions de l’éprouvette comme indiqué sur le tableau 2.1.
Connecter l’accéléromètre « SENSOR » et le vibreur « DRIVER » à l’arrière du boitier de l’appareil.
A partir du menu principal, sélectionner le mode manuel (« 1 ») ou automatique (« 2 »).
Vibrations de flexion
Les vibrations de flexion se produisent quand l’éprouvette est soumise à des charges de flexion variant alternativement. Dans le cas des vibrations de flexion, des modifications de dimensions et de forme se produisent dans les éléments de masse de l’éprouvette.
L’excitation est produite dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal de l’échantillon (figure 2.5).
Pour le mode fondamental, le noeud de vibration apparaît à 0,224 L des 52 extrémités de la poutre (figure2.6). La forme de la courbe de résonance, aux environs de son pic, est donnée, pour un exemple, dans la figure 2.7.
Comme pour la mesure de la fréquence de résonance longitudinale, le mode opératoire suit les étapes suivantes :
centrer l’éprouvette sur le support central, la maintenir à l’aide de la traverse (utiliser les barres d’espacement pour surélever l’éprouvette).
Positionner le capteur et le vibreur (translation le long des rails) puis les fixer.
Graisser légèrement les parties du vibreur et du capteur en contact avec l’éprouvette à tester.
Sélectionner la gamme de fréquence désirée, pour des éprouvettes de béton, on choisira la gamme de fréquence en fonction des dimensions de l’éprouvette comme indiqué dans le tableau 2.2.
Connecter l’accéléromètre « SENSOR » et le vibreur « DRIVER » à l’arrière du boitier de l’appareil.
A partir du menu principal, sélectionner le mode manuel (« 1 ») ou automatique (« 2 »).
Vibrations de torsion
Les vibrations de torsion se produisent quand une éprouvette est soumise à un couple alternatif. Dans ce cas, les déplacements se produisant dans les éléments de masse de l’éprouvette, sont fonction du module de cisaillement. Les vibrations de torsion sont excitées en effectuant le couplage selon le schéma de la figure 2.8.
DÉTERMINATION DES CONSTANTES DYNAMIQUES
Mesures
Après le couplage des transducteurs acoustiques (émetteur et récepteur), on fait varier la fréquence d’excitation jusqu’à ce que l’appareil de mesure de la tension de sortie indique une valeur maximale. Dans le cas normal, le résultat est un maximum unique voir figure 2.1.
La fréquence, correspondant au maximum, peut être identifiée sans aucun doute.
Module d’élasticité dynamique par vibrations longitudinales
Cette disposition de l’émetteur et du récepteur nous donne la possibilité de supposer qu’on a un déplacement virtuel longitudinal parallèle à l’axe principal de l’éprouvette comme le montre la figure 2.9.
Dans un milieu élastique et continu, l’équation de mouvement dynamique s’écrit sous la forme suivante :
CONCLUSION
Dans ce chapitre nous avons décrit la méthode de mesure que nous avons utilisée dans notre recherche. Cette méthode est basée sur la mesure de la fréquence de résonance appliquée sur des éprouvettes cylindriques de béton confectionnées au sein de notre laboratoire en utilisant les matériaux locaux de la région de Tlemcen. A partir de cette fréquence de résonance, nous pouvons calculer le module d’élasticité dynamique, le module de rigidité ainsi que le coefficient de Poisson du béton.
Cette méthode a fait l’objet de notre choix pour cette recherche pour les raisons suivantes :
Mettre en évidence plus facilement les phénomènes liés à la dynamique des structures (chocs, tremblement de terre, vibrations des ponts, et toute source de vibration) ;
Possibilité de détermination de plusieurs paramètres dynamiques ;
Automatisation du mode opératoire et élimination des erreurs humaines par la possibilité de refaire les essais sans complication ;
Disponibilité du matériel de l’essai au laboratoire de notre université ;
Ses propriétés non destructives par rapport au matériau béton ;
Nécessité de mesurer les propriétés dynamiques des matériaux que nous produisons car dans la littérature on ne trouve que les résultats sur les matériaux non locaux.
L’inclusion de différents matériaux cimentaires supplémentaires tels que les fillers calcaires et la pouzzolane naturelle comme faisant partie de liants pour le béton modifie les propriétés du béton à l’état frais et à l’état durcis. Dans le chapitre trois suivant, nous allons présenter un état de l’art sur les paramètres influant les propriétés mécaniques du béton.
ETAT DE L’ART SUR LES PARAMETRES INFLUANT LES MODULES, LA RESISTANCE ET LA POROSITE DU BETON
INTRODUCTION
Cette partie recense divers moyens expérimentaux utilisés par différents auteurs pour la caractérisation non destructive des matériaux cimentaires. La fréquence de résonance est couramment employée pour le contrôle non destructif du béton.
Certaines caractéristiques du béton sont essentielles dans la conception et le contrôle des structures. Certaines de ces caractéristiques sont le module d’élasticité longitudinal, la résistance à la compression, la porosité, etc. L’inclusion de différents matériaux cimentaires supplémentaires tels que les fillers calcaires et la pouzzolane naturelle comme faisant partie de liants pour le béton modifie normalement les propriétés du béton à l’état frais et à l’état durcis. En fonction de la nature des matériaux, leur utilisation comme matériaux de remplacement partiel du ciment ou comme additifs minéraux peut avoir différents effets sur les propriétés du béton. Dans ce chapitre nous nous interessant aux résultats de l’influence de l’ajout des fillers calcaires et de la pouzzolane naturelle sur les propriétés dynamiqes et la résistance à la compression des bétons ainsi qu’aux relations entre les modules d’élasticité statique et dynamique.
INFLUENCE DE LA POUZZOLANE NATURELLE ET DES FILLERS CALCAIRES SUR LA RESISTANCE A LA COMPRESSION
Effet de la pouzzolane
La figure 3.1 présente l’évolution de la résistance à la compression des mortiers contenant différentes substitutions de la pouzzolane naturelle. D’après cette figure, nous remarquons que ces mortiers développent des résistances qui restent toujours inférieures à celle du mortier contrôle et cela à tous les âges. En effet, à 2 et 7 jours, les résistances des mortiers contenant 30% de pouzzolane représentent 52% et 73% respectivement de celle du mortier contrôle. A long terme, ces mortiers (30% PZN) développent des résistances comparables à celle du mortier contrôle. Par ailleurs, les résistances de ces derniers représentent 89% et 91% de celle du mortier contrôle aux âges de 28 et 90 jours respectivement .Ceci peut être attribué à l’activité pouzzolanique lente au cours du jeune âge et qui se développe à long terme.
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Table des matières
RESUME
ABSTRACT
REMERCIEMENTS
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
CHAPITRE 1 : METHODES NON DESTRUCTIVES DE CARACTERISATION DU BETON
1.1 INTRODUCTION
1.2 INSPECTION VISUELLE
1.2.1 Introduction
1.2.2 Outillage et équipement pour l’inspection visuelle
1.2.3 Procédure générale de l’inspection visuelle
1.3 ESSAIS AUX ULTRASONS
1.4 ESSAIS DE REBONDISSEMENT
1.5 MESURE ELECTRIQUE
1.6 MATUROMETRIE
1.6.1 Fondements de la méthode
1.6.2 Méthode d’essai
1.6.3 Avantages de la maturométrie
1.7 METHODES ELECTROCHIMIQUES
1.7.1 Mesure de la résistivité électrique du béton
1.8 EMISSION ACOUSTIQUE
1.9 METHODE DE CONTROLE IMPACT-ECHO
1.9.1 Applications de la méthode Impact-écho
1.10 RADIOGRAPHIE
1.11 TOMOGRAPHIE
1.12 THERMOGRAPHIE INFRAROUGE
1.13 METHODES DE CONTROLES NON DESTRUCTIFS (CND) COUPLEES
1.13.1 CND électromagnétique acoustique
1.13.2 CND Magnéto-optique
1.14 METHODE DE LA FREQUENCE DE RESONANCE
1.15 SYNTHESE
1.16 CONCLUSION
CHAPITRE 2 : METHODE DE LA FREQUENCE DE RESONANCE
2.1 INTRODUCTION
2.2 DISPOSITIF DE MESURE
2.2.1 Principe de mesure
2.2.1.1 Mode manuel
2.2.1.2 Mode automatique
2.2.2 Procédure de contrôle
2.2.3 Vibrations longitudinales
2.2.4 Vibrations de flexion
2.2.5 Vibrations de torsion
2.3 DETERMINATION DES CONSTANTES DYNAMIQUES
2.3.1 Mesures
2.3.2 Module d’élasticité dynamique par vibrations longitudinales
2.3.3 Module de cisaillement
2.3.4 Module d’élasticité dynamique pour des vibrations de flexion
2.3.5 Coefficient de Poisson
2.4 CONCLUSION
CHAPITRE 3 : ETAT DE L’ART SUR LES PARAMETRES INFLUANT LES MODULES, LA RESISTANCE
ET LA POROSITE DU BETON
3.1 INTRODUCTION
3.2 INFLUENCE DE LA POUZZOLANE NATURELLE ET DES FILLERS CALCAIRES SUR LA
RESISTANCE A LA COMPRESSION
3.2.1 Effet de la pouzzolane
3.2.2 Effet des fillers calcaires
3.3 INFLUENCE DU RAPPORT E/C SUR LE MODULE D’ELASTICITE DYNAMIQUE
3.4 INFLUENCE DES ADDITIONS SUR LES MODULES D’ELASTICITE STATIQUE ET
DYNAMIQUE
3.5 RELATION ENTRE LE MODULE D’ELASTICITE DYNAMIQUE ET LA RESISTANCE A LA
COMPRESSION
3.6 RELATION ENTRE LES MODULES D’ELASTICITE DYNAMIQUE ET STATIQUE
3.7 RELATION ENTRE LA POROSITE ET LA RESISTANCE A LA COMPRESSION
3.8 CONCLUSION
CHAPITRE 4 : CARACTERISATION DES MATERIAUX UTILISES ET DES BETONS ETUDIES
4.1. INTRODUCTION
4.2. CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DU CIMENT
4.2.1 Composition chimique et minéralogique
4.2.2 Caractéristiques physico – mécaniques
4.2.2.1 Masses volumiques (apparente et absolue)
4.2.2.2 Essai de consistance
4.2.2.3 Essai de prise
4.2.2.4 Essais mécaniques sur les mortiers normalisés
4.3 ADDITIONS MINERALES
4.4 GRANULATS (SABLE ET GRAVIERS)
4.4.1 Situation géographique
4.4.2 Morphologie du gisement
4.4.3 Mode d’extraction
4.4.4 Capacité de production
4.4.5 Identification des granulats
4.4.5.1 Analyse granulométrique
4.4.5.2 Masses volumiques apparentes et absolues
4.5 CARACTERISATION DES BETONS ETUDIES
4.5.1 Méthode de Dreux-Gorisse
4.5.2 Méthode de Baron Lesage
4.5.3 Programme expérimental
4.5.4 Caractérisation du béton à l’état frais
4.5.4.1 L’affaissement
4.5.4.2 Confection des éprouvettes
4.5.5 Caractérisation du béton a l’état durci
4.5.5.1 Mesure de la masse volumique apparente
4.5.5.2 Essai de résistance à la compression
4.5.6 Essai de la porosité accessible à l’eau
4.6 METHODES D’ESSAI UTILISEES
4.6.1 Mesure du module d’élasticité statique
4.6.2 Mesure des caractéristiques dynamiques
4.7 CONCLUSION
CHAPITRE 5 : PRESENTATION ET INTERPRETATION DES RESULTATS
5.1. INTRODUCTION
5.2. RESULTATS ET DISCUTION
5..2.1 Influence du rapport E/C sur le module d’élasticité dynamique
5..2.2 Influence des additions sur le module d’élasticité dynamique
5..2.3 Influence des additions sur le module de rigidité dynamique
5..2.4 Influence des additions sur la résistance à la compression
5..2.5 Relation entre le module d’élasticité dynamique et la résistance à la
compression
5..2.6 Relation entre le module d’élasticité statique et le module d’élasticité
dynamique
5..2.7 Influence des additions sur coefficient de Poisson
5..2.8 La relation entre la porosité el la résistance à la compression
5..2.9 La porosité
5.3. CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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