4. PROGRAMME expÉrimental
4.1. Composition des bétons
d'essais
Pour les besoins de cette étude, nous avons
confectionnés deux séries de trois poutres chacune (06 poutres),
et des éprouvettes cubiques de (10x10x10) cm pour évaluer la
résistance à la compression du béton à l'age de
l'essai.
· Trois poutres en Béton à Haute
Performance, désignées par BHP.
· Trois poutres en Béton à Haute
Performance avec ajout de Fibres d'acier, désignées par BHPF.
Tableau 2 : Composition massique en
(kg/m3) des béton expérimentés.
|
Béton
|
Sable 0/4
|
Gravier 3/8
|
Gravier 8/15
|
Ciment
|
Laitier
15 %
|
Eau
|
E/L
|
Adjuvant
1,5 %
|
Fibres
0,5 %
|
|
BHP
|
826
|
220
|
789,5
|
450
|
67,5
|
191,5
|
0,37
|
6,75
|
0
|
|
BHPF
|
918
|
220
|
698
|
450
|
67,5
|
191,5
|
0,37
|
6,75
|
40
|
La composition massique du mélange de chaque type de
béton est différente.
Pour le BHPF on a augmenté la quantité de sable
donc d'élément fin par rapport à celle du BHP, de 826
kg/m3 à 918 kg/m3. Alors que la quantité de
gravier (8/15) donc d'élément grossier a été
réduite de 789,5 kg/m3 pour le BHP à 698 kg/m3
pour le BHPF. Cette modification dans la quantité de sable
(augmentée) et de gravier (diminue) a pour but de faciliter
l'efficacité des fibres. En effet les gros obstacles ne permettent pas
aux fibres d'êtres homogènes dans le mélange et donc
efficace.
Toutes les poutres sont des models réduits qui ont les
mêmes dimensions 10 x 15 x 110 cm, chargées par une force
concentrée appliquée au milieu (flexion en trois points). Le
ferraillage de chaque série de poutres est 2T10 dans la zone tendue et
2T8 dans la zone comprimée et avec des cadres en Ø 6
espacées de 10 cm (Figure3). Le pourcentage d'armatures principales
ñ = 1.25 %.
2T8
? ?
? ?
Cadre 6
2T10
10
15
Cadre 6
100
5
5
2 T10
2 T8
Figure 3 : Ferraillage de la poutre
Les sections doivent être sous- armées pour nous
permettre d'observer le développement et l'évolution des fissures
sous chargement jusqu'à rupture.
4.2. Caractérisation des bétons
utilisés
La caractérisation des bétons a été
réalisée sur des éprouvettes cubiques (10x10x10) cm
testées en compression. L'âge du béton au moment de l'essai
des poutres a varié entre 57 et 62 jours. Les résistances du
béton des poutres d'une même série mesurées au jour
de l'essai n'ont pas varié dans de grandes proportions.
Tableau 3 : Propriétés
mécaniques des différents bétons
|
Spécimens
|
Âge (jours)
|
Résistances à
la compression
(MPa)
|
Résistances à
la traction
(MPa)
|
|
BHP 1
|
57
|
64,83
|
3,41
|
|
BHP 2
|
57
|
65,17
|
3,45
|
|
BHP 3
|
58
|
67
|
3,51
|
|
BHPF1
|
58
|
52,33
|
4,04
|
|
BHPF2
|
59
|
53,17
|
4, 05
|
|
BHPF3
|
62
|
54,25
|
4,15
|
4.3. Constatations et analyse des
résultats
L'étude expérimentale porte principalement sur
la mesure :
* Des ouvertures des fissures dans le béton à
l'aide d'un
« fissuromètre ».
* De l'espacement et longueurs des fissures.
* Des charges de première fissuration visible et de
rupture.
* Des flèches à mi-travée de la
poutre.
Les charges étaient appliquées par un
vérin hydraulique de 200 kN, transmettant les efforts à la poutre
par l'intermédiaire de rotule. La montée en charge s'est faite de
manière discontinue en respectant des paliers de 2 kN.
4.3.1. Courbes effort-flèche
Le tableau (4) présente les déplacements
maximaux en fonction des charges mesurées à mi-travée pour
les deux types des poutres (BHP et BHPF), et montrés dans les graphes
(4) et (5).
Tableau 4 : Flèches maximales
expérimentales des poutres en fonction des charges
|
Effort (kN)
|
Flèche (mm)
|
|
BHP
|
BHPF
|
|
BHP1
|
BHP2
|
BHP3
|
BHPF1
|
BHPF2
|
BHPF3
|
|
4
|
0,1
|
0,14
|
0,15
|
0,1
|
0,12
|
0,12
|
|
6
|
0,17
|
0,19
|
0,23
|
0,16
|
0,18
|
0,21
|
|
8
|
0,24
|
0,25
|
0,32
|
0,23
|
0,25
|
0,3
|
|
10
|
0,34
|
0,36
|
0,45
|
0,32
|
0,38
|
0,4
|
|
12
|
0,45
|
0,47
|
0,59
|
0,46
|
0,5
|
0,48
|
|
14
|
0,64
|
0,6
|
0,82
|
0,61
|
0,65
|
0,58
|
|
16
|
0,82
|
0,82
|
0,98
|
0,78
|
0,84
|
0,72
|
|
18
|
1,05
|
1,05
|
1,18
|
0,95
|
1
|
0,8
|
|
20
|
1,15
|
1,34
|
1,4
|
1,17
|
1,2
|
1,09
|
|
22
|
1,3
|
1,4
|
1,51
|
1,32
|
1,4
|
1,2
|
|
24
|
1,5
|
1,55
|
1,72
|
1,47
|
1,53
|
1,4
|
|
26
|
1,65
|
1,75
|
1,9
|
1,68
|
1,7
|
1,55
|
|
28
|
1,8
|
1,9
|
2,2
|
1,8
|
1,85
|
1,7
|
|
30
|
2
|
2,1
|
2,6
|
2,05
|
2,06
|
2
|
|
32
|
2,2
|
2,28
|
2,8
|
2,2
|
2,27
|
2,15
|
|
34
|
2,48
|
2,45
|
3,1
|
2,38
|
2,47
|
2,4
|
|
36
|
2,72
|
2,78
|
3,23
|
2,67
|
2,65
|
2,65
|
|
38
|
2,9
|
3
|
3,35
|
3,05
|
2,88
|
2,9
|
|
40
|
3,15
|
3,14
|
3,5
|
3,05
|
3,2
|
3
|
Les charges de fissuration (Pf) et de rupture
(Pu) des poutres sont regroupées dans le tableau (5). Il est
à noter que la charge de fissuration est déterminée comme
étant la charge causant la première fissure visible.
Tableau 5 : Charge de fissuration et
de rupture des poutres.
|
Nature de la Poutre
|
Pf (KN)
|
Pu (KN)
|
|
BHP -1-
|
17
|
44
|
|
BHP -2-
|
17
|
45,4
|
|
BHP -3-
|
17
|
43,2
|
|
BHPF -1-
|
19
|
48
|
|
BHPF -2-
|
18
|
46,4
|
|
BHPF -3-
|
16
|
46,6
|
Figure 4 : Courbe Effort - Flèche des
poutres en BHP.
Figure 5 : Courbe Effort - Flèche des
poutres en BHPF.
I
II
III
Figure 6 : Courbe Effort -
Flèche des poutres en BHP et BHPF.
L'allure des courbes effort-flèche est identique pour
toutes les poutres, elles montrent en général :
a)- Une partie linéaire où les
flèches sont proportionnelles aux efforts, ce qui traduit la phase
élastique, avant apparition de la première fissure (phase I).
b)- Une deuxième phase de
linéarité avec rabattement de la courbe sous l'influence de la
première fissure. Après l'apparition de la première
fissure, la poutre perd largement de sa rigidité (phase II).
c)- Une troisième phase plastique
très apparente (phase III), caractérisée par
l'augmentation des flèches à charge constante.
Ce comportement traduit le comportement ductile des sections
sous-armées telles que celles des spécimens testées.
On ne note pas de comportement fondamentalement différent,
en ce qui concerne l'ordre de grandeur des flèches, malgré les
différentes caractéristiques des poutres.
Cependant les spécimens en BHPF ont présenté
moins de flèche à toutes les étapes de chargement.
4.3.2. Processus d'apparition des fissures
Le processus d'apparition et de progression des fissures est
quantifié dans les tableaux (6) et (7).
Tableau 6 : Processus d'apparition et propagation
des fissures des poutres en BHP.
|
Spécimens
|
Caractéristique
de la fissuration
|
Effort appliqué (KN)
|
|
19
|
20
|
24
|
28
|
32
|
34
|
36
|
38
|
40
|
|
BHP1
|
Nombre de fissure
Longueur moyenne (cm)
Espacement moyen (cm)
Largeur maximale (mm)
|
3
1
9
|
0,02
|
5
9
0,04
|
4
0,08
|
6
6
10
0,2
|
8
0,22
|
7
9
10
0 ,24
|
0,3
|
7
10
0,5
|
|
BHP2
|
Nombre de fissure
Longueur moyenne (cm)
Espacement moyen (cm)
Largeur maximale (mm)
|
3
4
|
4
5
7
|
5
5
7
0,02
|
0,02
|
0,1
|
6
5
6
0,12
|
6
0,2
|
0,2
|
7
10
5
0,4
|
|
BHP3
|
Nombre de fissure
Longueur moyenne (cm)
Espacement moyen (cm)
Largeur maximale (mm)
|
3
2
10
0,02
|
4
3
10
0,04
|
5
3
11
0,15
|
7
5
11
0,3
|
0,4
|
|
|
|
8
10
9
0,4
|
Tableau 7 : Processus d'apparition et propagation
des fissures des poutres en BHPF.
|
Spécimens
|
Caractéristique
de la fissuration
|
Effort appliqué (KN)
|
|
19
|
20
|
24
|
28
|
32
|
34
|
36
|
38
|
40
|
|
BHPF1
|
Nombre de fissure
Longueur moyenne (cm)
Espacement moyen (cm)
Largeur maximale (mm)
|
1
1
|
0,02
|
2
3
10
0,06
|
4
5
8
0,14
|
6
5
6
0,2
|
0,22
|
|
|
6
5
0,22
|
|
BHPF2
|
Nombre de fissure
Longueur moyenne (cm)
Espacement moyen (cm)
Largeur maximale (mm)
|
2
2
8
0,04
|
0,04
|
3
4
9
0,1
|
4
5
10
0,14
|
0,2
|
|
0,22
|
5
7
8
|
7
7
8
0,22
|
|
BHPF3
|
Nombre de fissure
Longueur moyenne (cm)
Espacement moyen (cm)
Largeur maximale (mm)
|
3
4
8
0,04
|
4
4
9
0,04
|
0,07
|
5
5
8
0,1
|
6
5
6
0,12
|
|
0,18
|
8
5
5
0,2
|
8
5
0,2
|
Figure 7 : Courbe Flèche - Ouverture des
fissures des poutres en BHP.
Figure 8 : Courbe Flèche - Ouverture des
fissures des poutres en BHPF.
Les courbes Flèche- Ouverture des fissures
présentent deux phases principales :
a)- Une phase linéaire où les
ouvertures de fissure sont proportionnelles aux flèches.
Dans chaque courbe, l'apparition de la première fissure,
présente un palier relativement horizontal, ce qui traduit une
diminution de la rigidité de la poutre.
b)- Une phase non linéaire où les
ouvertures des fissures deviennent plus importantes par comparaison aux
flèches. Ceci traduit une phase d'endommagement du béton avant
rupture, c'est la phase plastique
Il faut noter que les poutres étudiées BHPF
présentent des avantages tels que :
- Un gain de résistance (endommagement ductile)
observé au niveau de la phase avant rupture (partie ascendante de la
courbe).
- Retardement de l'apparition de la première fissure et
empêchement de la formation et de développement d'une seule
fissure très ouvertes. En effet l'incorporation des fibres permet la
formation d'une série de fissures fines non nuisibles à la
poutre.
D'après les résultas, on peut dire que dans tous
les cas, la rupture a eu lieu par traction dans la zone à fort moment de
flexion, commençant par de grandes ouvertures des fissures verticales,
dans la zone tendue, et suivie d'un écrasement de la partie
comprimée du béton, qui avait été réduite
par la progression des fissures.
|
|
