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EIDGENÖSSISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE LAUSANNE
POLITECNICO FEDERALE DI LOSANNA
SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY LAUSANNE
INSTITUT DES MATERIAUX
LABORATOIRE DE MATERIAUX DE CONSTRUCTION
ÉCOLE POLYTECHNIQUE
FÉDÉRALE DE LAUSANNE
DEPARTEMENT DES MATERIAUX
ESSAIS SUR BETON DURCI ET
D’UN ELEMENT EN BETON ARME
INTRODUCTION
La construction d’un élément en béton armé se compose d’une succession d’étapes dont
aucune ne doit être négligée. Après la conception de la forme et des détails et le
dimensionnement de la section et des armatures, intervient le choix définitif des matériaux
nécessaires (type de béton et d’aciers), les critères déterminant étant la résistance (état de
ruine), la déformabilité (état de service), la durabilité (protection des armatures) et la mise
en place (réseau d’armatures et ouvrabilité du béton). Suivant les spécifications, les
composants du béton peuvent être choisis pour optimiser les performances selon l’un ou
l’autre de ces critères parfois contradictoires. Le contrôle de la qualité lors du bétonnage et
un traitement de cure approprié (protection du béton contre la dessiccation et les hautes ou
basses températures pendant le durcissement) sont deux éléments primordiaux.
Finalement, une fois l’élément réalisé, l’ingénieur devra encore s’assurer à partir des essais
sur le béton durci et de l’inspection sur place que les hypothèses du calcul statique (qualité
des matériaux, détails constructifs) sont conformes à la réalité. Les essais de résistance
mécanique et de déformabilité (compression, traction, flexion, module, fluage), destructifs
ou non-destructifs, permettent de juger les performances du béton durci
.
OBJECTIFS
??????
au moyen des essais les plus courants.
Détermination des performances mécaniques du béton de manière destructive et nondestructive
??????
béton armé.
Réalisation d’essai de flexion simple par paliers jusqu’à la rupture sur une poutrelle en
1. MESURE DE LA MASSE VOLUMIQUE APPARENTE DU BETON
BUT
METHODE
INTERPRETATION
TRAVAIL
On mesure systématiquement la masse volumique apparente de
toute éprouvette soumise à un essai. En effet, lorsqu’une
éprouvette a été mal compactée ou si la granulométrie est
mauvaise, cela se remarque sur la masse volumique apparente.
On mesure le poids de l’éprouvette dans l’air, puis dans l’eau, la
différence des deux pesées correspond au volume :
ρ
=
(
− − 112)
air
b
air imm
P
P P
Poussée de l’étrier dans l’eau = 112 g.
La masse volumique apparente d’un béton est fonction de la
masse spécifique des agrégats utilisés. Ce sont donc surtout les
variations de
qu’il faut analyser.
Mesurer les masses volumiques apparentes des éprouvettes
destinées aux essais.
ρ b dans une série d’éprouvettes de même type
Eprouvette P
air [g] Pimm
[g] V[cm
Béton ……
Béton ……
Béton ……
OBSERVATIONS
3] ρ b [g/cm3]
2
. MESURE DE LA VITESSE DU SON DANS LE BETON
BUT
METHODE
TRAVAIL
La mesure de la vitesse du son dans le béton permet d’évaluer
sa résistance de manière non destructive. Cette méthode est
intéressante lorsqu’il faut contrôler la régularité du béton d’un
élément d’un ouvrage, ou, par exemple, suivre l’évolution d’un
béton dans le temps.
D’après LESLIE et CHEESMAN, l’état du béton totalement
inconnu peut se déterminer approximativement selon la
vitesse mesurée.
Eprouvette
Appareil de mesure
Emetteur Récepteur
Vitesse du son en m/s Appréciation de la qualité
> 4500 Excellent
3500 à 4500 Bon
3000 à 3500 Assez bon
2000 à 3000 Médiocre
< 2000 Très mauvais
Mesurer la vitesse du son à travers quelques éprouvettes
destinées à des essais destructifs
Eprouvette Base de
mesure en m
Temps de
passage
μ s
Vitesse
m/s
Béton
……
Béton
……
Béton
OBSERVATIONS
……
3. MESURE DU MODULE DYNAMIQUE
BUT
METHODE
TRAVAIL
Caractériser les propriétés élastiques du béton.
La méthode est basée sur l’excitation, la détection et la mesure
des fréquences de résonance mécanique des éprouvettes. Elle
concerne les trois modes de vibration de base : longitudinal, en
flexion et en torsion (voir page suivante).
Les modules correspondants à ces modes s’écrivent pour un
cylindre en fonction de la fréquence
f :
Vibration en flexion :
ρ
=
= =
4
2
2 1 1
1
1.261886
avec 2.102247 pour 2
E l f T
d
T l d
Vibration longitudinale :
ρ
⎝ ⎠
= = =
⎛ ⎞ = ⎜ ⎟
2
1
2
avec 0.98579 pour 2 , 1
n
n
E lf
K n
K l d n
Vibration en torsion :
=
⎝ ⎠
ρ ⎛⎜ ⎞⎟ =
2
n
2 n ; : 1 G lf avec n
Mesurer les différents modules dynamiques des cylindriques
destinés aux essais destructifs
fréquence flexion longitudinal Torsion
Béton …..
Béton …..
Module[N/mm
Béton …..
Béton …..
Comparer à
2] E-flexion E-longitudinal G-Torsion= , 6000 b cm cube E f ; , et b cmcube E f en N/mm2
cm
,cube f : résistance moyenne à compression sur cube.
OBSERVATIONS
FLEXION ANTI-PLANE
TORSION
VIBRATION LONGITUDINALE
4. MESURE DE LA DURETE AU CHOC (SCLEROMETRE)
BUT
METHODE
INTERPRETATION
TRAVAIL
La mesure de la dureté au choc permet d’évaluer la résistance d’un
béton de manière non destructive. Cette méthode est intéressante
en raison de sa simplicité ; elle permet de faire rapidement des
contrôles de régularité des bétons d’un ouvrage.
La détermination de la dureté est basée sur la mesure du recul que
subit un dispositif mobile (commandé par un ressort) à la suite
d'une collision entre le dispositif et la surface du béton.
La résistance probable du béton en fonction de la mesure du recul
ne peut être déterminée qu'avec un abaque de transformation établi
pour chaque type d'appareil. L'appareil le plus connu est le
scléromètre de Schmidt dont les courbes de transformation pour le
type "N" sont données ci-après. La méthode consiste à faire 12
mesures autour de la zone à caractériser. Les 2 mesures extrêmes
sont écartées.
Mesurer au scléromètre les éprouvettes destinées à des essais
destructifs (cylindres destinés à l’essai de compression)
Mes. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
…..
…..
Eprouvette Dureté Résistance N/mm
2 Obs.
Béton
……
Béton
……
5. ESSAI DE RESISTANCE A LA COMPRESSION
BUT
METHODE
INTERPRETATION
TRAVAIL
Contrôle de la qualité du béton durci. Il s’agit des essais les plus
courants.
Selon la norme SIA 162
L’essai sur cubes ou prismes se fera toujours transversalement par
rapport au sens de remplissage.
Les faces des éprouvettes sur lesquelles on applique la charge devront
être rectifiées ou apprêtées avec un mortier si elles ne sont pas planes
ou parallèles. L’apprêtage devra être aussi mince que possible et ne
devra pas éclater pendant l’essai.
La résistance doit être égale ou supérieure aux valeurs exigées par les
normes pour le type de béton correspondant.
Les résistances sur cylindres (hauteur =2 x diamètre) ou sur prismes
(hauteur =3 x largeur) peuvent être estimées à partir des formules
suivantes.
f
f
c ,cylindre = 0.80. fc,cube (h =2d )c , prisme = 0.75. fc ,cube (h = 3d )
Effectuer les essais sur les éprouvettes préparées à cet effet.
Eprouvette Section
[mm
Hauteur
[mm]
Charge
[N]
Résistance
[N/mm
cylindre
Béton
…… demi-prisme
cylindre
Béton
…… demi-prisme
2]2]
OBSERVATIONS
6. ESSAI DE RESISTANCE A LA TRACTION PAR FLEXION
BUT
METHODE
INTERPRETATION
TRAVAIL
Cet essai permet de contrôler la qualité du béton ; il donne une
indication sur la résistance à la traction par flexion du béton et donc sur
sa résistance à la fissuration.
Selon la norme SIA 162
L’essai se fera toujours transversalement par rapport au sens de
remplissage. Les faces des éprouvettes sur lesquelles on applique la
charge devront être rectifiées ou apprêtées.
La résistance à la traction par flexion se calcule comme suit :
f
cbt = 3Pl
2
bh 2
avec
du prisme.
Les normes ne donnent pas de valeurs minimales à obtenir pour la
résistance à la traction par flexion; les exigences doivent être précisées
de cas en cas. Pour le contrôle de l'aptitude au service, la norme SIA
162/1993 recommande d'utiliser pour les bétons de qualité supérieure à
B35/25 une résistance à la traction valant fct=2.5 N/mm2.
P la charge maximale, l la portée libre, b la largeur et h la hauteur
f
cbt = 0.80 à 1. 0 fc, cube
f
cbt = 2.0 fct
f
la compression et
Effectuer les essais sur les éprouvettes préparées à cet effet
cbt résistance à la traction par flexion sur prisme, fc,cube résistance àfct résistance à la traction simple en N/mm2.
Section [mm
Béton …..
Béton ……
2 Charge [N] Résistance [N/mm2] Obs.
OBSERVATIONS
7. ESSAI BRESILIEN
BUT
METHODE
INTERPRETATION
TRAVAIL
L'essai de résistance à la traction transversale ou essai brésilien permet
d'estimer la résistance à la traction directe du béton sans avoir recours
au système de chargement compliqué que nécessite l'essai de traction
directe.
L'essai consiste à appliquer une charge de compression centrée selon 2
génératrices de l'éprouvette. Les contraintes induites provoquent la
rupture suivant un plan diamétral de l'éprouvette
.
La charge est appliquée sur toute la longueur (ou largeur) de
l’éprouvette à l’aide d’une bande étroite de contre-plaqué, de carton ou
de matière analogue, avec
La résistance à la traction transversale se calcule comme suit :
a = 0.08 d à 0.1d et t = 3mm .
f
cqt =
2
P
π
dl
avec
longueur de l’éprouvette selon la ligne de l’application de la charge.
Notons la relation avec la traction par flexion :
P la charge maximale, d le diamètre du cylindre (ou largeur), l la
f
cqt = 0.50 à 0.66 fcbt
Effectuer les essais sur les éprouvettes préparées à cet effet
Section [mm
Béton …..
Béton ……
2 Charge [N] Résistance [N/mm2] Obs.
OBSERVATIONS
8. ESSAI D’UN ELEMENT EN BETON ARME
BUT
METHODE
MODE
OPERATOIRE
On cherche à mettre en évidence lors du chargement d’une poutre les
trois stades suivants :
??????
Stade non-fissuré.
??????
Stade fissuré
??????
A partir des caractéristiques géométriques de la poutre et de la résistance
de calcul des matériaux selon les normes (résistance à la traction de
l’acier d’armature f
2.5 N/mm
milieu de la poutre:
Stade rupturesy = 460 N/mm2, résistance à la traction du béton fct=2) on peut estimer les charges critiques suivantes à appliquer au
Charge de première fissuration
Pf environ 3 kN
Charge de service (admis
γ = 1.7) Ps environ 16 kN
Charge de rupture de calcul
Pour détecter plus facilement l’apparition et l’extension des fissures, les
faces de la poutre ont été enduites de chaux. Deux lampes sont prévues
pour examiner la surface de chaque coté de la poutre. Des compte fils
(loupes micrométriques) permettent d’évaluer l’ouverture des fissures.
Pr environ 28 kN
??????
à rouleau).
Vérifier que les appuis fonctionnent correctement (1 appui fixe, 1 appui
??????
essais de lecture.
Vérifier le fonctionnement du comparateur mécanique et faire quelques
??????
comparateur à zéro (référence pour la mesure de la flèche)
Appliquer une précharge de 2 kN (inférieure à Pf) et mettre le
??????
observer le développement de la fissuration.
Monter la charge par palier de 1 kN jusqu’à 6 kN, noter la flèche et
??????
en notant à chaque fois la flèche et en relevant le développement de la
fissuration.
A partir de 6 kN, monter jusqu’à la charge de service par pas de 2.5 kN
??????
Noter l’ouverture maximale de fissure pour la charge de service Ps.
??????
mesurant la flèche.
Faire 2 cycles de décharge - recharge entre Ps et 2 kN sans paliers en
??????
Déterminer la charge pour laquelle la flèche dépasse la valeur de l/300.
??????
notant la flèche et en observant l’évolution de la fissuration.
Charger la poutre de Ps jusqu’à Pr calculée par paliers de 2.5 kN en
??????
le chargement jusqu’à l’apparition d’un mécanisme de ruine.
Eloigner le comparateur de la face inférieure de la poutre et poursuivre
??????
Décharger la poutre et observer un éventuel retour élastique.
charge du vérin P
comparateur
200
Mesures
Temps Flèche Fissures
[mn]
Charge
[KN] lecture
Remarques
Δl[mm] nombre ouverture
8. PLAN SUGGERE POUR LE RAPPORT
??????
constater l’influence des différents paramètres et avoir une vue plus globale ;
les deux groupes doivent se passer les résultats entre eux. Ainsi chaque groupe pourra
??????
décrire brièvement le travail effectué ;
??????
rapporter toutes les mesures faites au cours du TP ;
??????
consistance en fonction de divers paramètres ;
présenter les résultats par des graphiques en mettant en évidence, par exemple, la
??????
discuter les résultats ;
??????
répondre aux questions posées.
??????
Questions :
1. Quelle relation peut-on faire entre la vitesse du son et la densité, entre la vitesse du son
et le rapport E/C ? Expliquer.
2. Calculer les différents modules dynamiques et en déduire le coefficient de Poisson du
matériau. Comparer le module dynamique longitudinal à celui calculé à partir de la
résistance à la compression et discuter l’éventuelle différence entre les valeurs de ces
modules.
3. Comparer la résistance obtenue par le scléromètre à celle obtenue par l’essai destructif
sur cylindre. Ces résultats sont-ils équivalents ? Expliquer.
4. Pourquoi y-a-t-il une différence, pour un même béton, entre la résistance sur cylindre et
la résistance sur cube ?
5. Tracer les différentes résistances déterminées par les essais destructifs (compression,
traction transversale, flexion) en fonction du rapport E/C. Discuter et expliquer les
tendances.
6. Déterminer le coefficient
La formule de Bolomey, valable pour des rapports C/E courants compris entre 1.5 et 3
permet d’estimer pour un béton, d’un âge donné, la résistance en fonction de C/E :
K de la formule de Bolomey. Discuter.
⎛ − ⎞ ⎜ ⎟
⎝ ⎠
=
, 0.5 cm cube
k C
E
f
cm
7. Quel est le rapport entre les résistances :
7.1. flexion-traction transversale
7.2. flexion-compression sur cube
7.3. traction transversale-compression sur cube
8. Tracer pour la poutre le diagramme charge-déformation et discuter l’allure de la courbe.
,cube f : résistance moyenne à la compression sur cube
EPFL - Laboratoire de Matériaux de Construction
TP MX 5ème semestre - Béton frais /Béton durci
Consistance - SIA 162/1, Essai n° 20
Domaine
de consistance
Ferme K1
Affaissement
SM (slump)
[cm]
non appropriée
Etalement
AM
[cm]
non appropriée
Degré de serrage
VM (Walz)
≥
Plastique K2
Molle K3
Fluide K4
Groupe G1 - G3
1 à 7
8 à 15
30 à 40
41 à 50
1.26
≥
1.25 à 1.11
16 ≥ 51
≤
non appropriée
Groupe G2 - G4
Poutre
1.10
Essais sur éprouvettes
essai
Masse vol. béton durci
Unité
kg/dm3
Groupes G1 - G3
Béton E/C = 0.45
Groupes G2 - G4
Béton E/C = 0.55
Poutre
Béton E/C = 0.50
Vitesse du son
Scléromètre
Module dynamique
Flexion
m/s
-
GPa
N/mm2
Traction transversale
Compression sur demi prisme
Compression sur cylindre
N/mm2
N/mm2
N/mm2
Masse volumique et teneur en air - SIA 162/1, Essai n° 18 et 21
G1 - G3
Groupe
G2 - G4 Poutre
Dosage ciment - E/C
Masse de l'appareil (tare)
Masse du béton frais + tare
Masse du béton frais + tare + eau ajoutée
n°
g
375 - 0.45
g
g
325 - 0.55 375 - 0.50
Masse du béton:
Volume de l'appareil
Masse volumique du béton frais
Teneur en air (% du volume du béton)
g
cm3
8000
kg/m3
%
8000 8110
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