Module d’élasticité dynamique par vibrations longitudinales

Analyse de l’amplitude

L’analyse d’amplitude est une méthode développée à l’Université de Tonji à Shanghai et est largement utilisée dans toute la Chine pour les tests de comparaison du béton dans des structures. Afin d’enregistrer l’amplitude, le marqueur d’analyse d’amplitude doit être réglé dans le menu Paramètres. Une fois ce paramètre défini, l’amplitude est enregistrée dans le résultat du test avec le temps de transmission (figure 1.12). Une mesure de référence est effectuée sur une section de béton de qualité connue. t0 : temps de transmission de référence A0 : niveau de réception de référence Les mesures suivantes sur la structure sont comparées à ces deux valeurs et une inférence sur la qualité du béton est réalisée en fonction de ces éléments. Six cas différents sont identifiés et permettent à l’utilisateur d’émettre un jugement sur la qualité du béton (figures 1.13-1.18). Lorsque cette méthode de surface est utilisée, l’impulsion se propage dans la couche du béton près de la surface. Le béton près de la surface est parfois d’une composition légèrement différente du béton dans la couche inférieure.

Par exemple, le béton près de la surface d’une dalle présente des quantités plus élevées de matériaux fins que le béton dans la partie inférieure de la dalle. Ainsi, les vitesses mesurées par la méthode de transmission de surface sont généralement inférieures à celles mesurées par transmission directe. Ce comportement, cependant, peut être transformé en un moyen de détecter et d’estimer l’épaisseur d’une couche de matériaux de qualité différente. Une couche de béton de qualité inférieure peut se produire en raison de pratiques de construction inappropriées (mauvaises vibrations et finitions, mauvais durcissement, joints froids en raison d’un retard, placement incorrect), des dommages causés par des intempéries (congélation et décongélation, attaque de sulfate et corrosion des armatures et d’autres éléments intégrés) et des dégâts causés par le feu. L’épaisseur de la couche peut être estimée en utilisant la procédure de transmission de surface…. Lorsque les deux transducteurs sont plus rapprochés, le chemin de déplacement le plus rapide est à travers la couche supérieure du béton, et lorsque les transducteurs sont déplacés plus loin, le chemin de déplacement le plus rapide est le chemin combiné entre les deux couches. La vitesse de l’impulsion à travers la couche supérieure (𝑉1) et la couche inférieure (𝑉2) (équation 1.5) sera indiquée sur le tracé par les différentes pentes des deux lignes droites ajustées aux données (figure 1.19). Cette méthode convient uniquement lorsque la couche supérieure (la couche de mauvaise qualité) est distincte, présente une épaisseur raisonnablement uniforme et 𝑉2>𝑉1. Benedetti a proposé un modèle plus réaliste pour l’interprétation des mesures de la vitesse de surface, qui suppose une répartition linéaire du module d’élasticité dans une couche endommagée [Benedetti, 1998].

Influence des additions sur le module d’élasticité dynamique

Dans une étude, [Wainwringt et al., 1986] ont constaté que les bétons avec les laitiers ont des modules d’élasticité inférieurs à ceux des bétons témoins comme illustré sur la figure 2.1. Par contre, cette tendance s’inverse lorsque le taux des laitiers devient important. Figure 2.1 : Module d’élasticité en fonction de la résistance à la compression des bétons durcis normaux avec et sans laitier [Wainwringt et al., 1986] [Güneyisi et al., 2004] ont étudié le module d’élasticité des bétons caoutchoutés avec et sans fumée de silice en intégrant des caoutchoucs de pneu, caoutchouc granulé et les copeaux de pneu utilisés comme agrégats fins et grossiers à des teneurs variant entre 2,5% et 50% du volume total d’agrégat. Les mélanges ont été conçus avec des rapports E/C de 0,40 et 0,60. Les auteurs ont constaté que les modules d’élasticité des bétons avec la fumée de silice étaient de l’ordre de 36 à 47 GPa légèrement supérieures à ceux des bétons sans fumée de silice dont les valeurs oscillaient entre 33 et 46 GPa (figure 2.2). [Ikbal khan, 2012] a étudié l’influence de la cendre volante combiné avec la micro-silice sur le module d’élasticité dynamique des bétons avec un rapport E/C = 0.30. Les résultats représentés par la figure 2.3 montrent que le module d’élasticité dynamique 𝐸𝑑 du béton augmente avec l’âge.

Par ailleurs, 𝐸𝑑 diminue en augmentant la teneur des cendres volante (FA) lorsque le taux des micros-silice est fixé. D’autre part, lorsque le pourcentage des Micro Silice (MS) augmente au-delà de 5% 𝐸𝑑 augmente. Toutefois, 𝐸𝑑 semble se stabiliser à partir de 90 jours. [Giner et al., 2012] ont étudié l’influence de la fumée de silice sur les fréquences de résonance longitudinales et transversales à 28, 56 et 90 jours (figure 2.4). Les chercheurs ont fait varier le pourcentage de la fumée de silice entre 5 et 15%. Cette addition a été utilisée parfois comme addition supplémentaire c’est-à-dire en plus de la quantité du ciment et parfois comme substitution du ciment. Dans cette étude, le béton de référence sans fumée de silice donne les meilleurs résultats des modules d’élasticité dynamiques par rapport aux autres bétons. Toutefois, le module d’élasticité dynamique du béton diminue lorsque le pourcentage de la fumée de silice augmente et ceci dans les deux cas qu’elle soit utilisée comme additif ou substitution. [Shariq et al., 2013] ont étudié l’influence du module d’élasticité dynamique en fonction du temps sur trois mélanges de bétons contenant chacun le laitier de haut fourneau granulé moulu (LHFGM). Dans leur étude ils ont utilisé trois types de bétons en variant le dosage en liant de 320, 350 et 400 kg/m3, soient les mélanges M1, M2 et M3 respectivement.

Les résultats illustrés sur les figues. 2.5, 2.6 et 2.7 montrent l’évolution du module d’élasticité dynamique en fonction du temps. Les résultats obtenus montrent que le module d’élasticité dynamique est plus élevé pour le béton ordinaire témoin par rapport aux bétons avec 20%, 40% et 60% de LHFGM et cela pour les trois mélanges étudiés (M1, M2, M3) et ce si quel que soit l’âge du béton. Les auteurs ont aussi noté que le module d’élasticité dynamique des bétons contenant 40% du LHFGM est supérieur à celui des bétons avec 20 et 60 % de LHFGM au-delà de 40 jours. D’après ces observations, l’évolution du module d’élasticité dynamique en fonction de l’âge pour les bétons contenant du LHFGM est supérieure à celle du béton témoin. 40% de substitution du ciment par le LHFGM reste un pourcentage optimal. [El Bahi et al., 2016] ont étudié l’influence des fillers calcaires et de la pouzzolane sur l’évolution du module d’élasticité dynamique en fonction du temps pour les mélanges de bétons contenant 10%, 20% et 30% d’additions avec un rapport E/C égale à 0.5. Les figures 2.8 et 2.9 montrent que de plus grandes additions en fillers calcaires et pouzzolane produisent une augmentation du module d’élasticité dynamique, sauf pour les 30% de pouzzolane. Probablement une telle tendance s’explique par le fait que la substitution du ciment par les additions conduit à des pâtes avec une compacité plus élevée. Toutefois, un taux de 10% de fillers calcaires et de la pouzzolane semble être un optimum.

Influence des additions sur la résistance à la compression

Les résultats obtenus en utilisant les essais non destructifs se corrèlent parfaitement avec ceux des essais de compression dont l’analyse a encore une fois montré que les bétons à base de fumée de silice présentent toujours des résistances plus élevées par rapport à tous les autres mélanges étudiés (figures 4.13, 4.14, 4.15 et 4.16). On peut aussi noter que 5% de substitution du ciment par de la fumée de silice permet de donner aux bétons des résistances à 56 jours similaires à celle d’un béton ordinaire de 180 jours de maturation. Nous avons aussi remarqué que les résistances à 180 jours des bétons avec fumée de silice sont plus élevées d’environ 30% par rapport à celle du béton ordinaire au même âge. Toutefois, il est recommandé d’utiliser un taux de 10% ou 5% de substitution du ciment par la FS. Une telle tendance est probablement due au fait que la substitution du ciment par la fumée de silice donne une pâte plus compacte ; cela peut également être attribué au phénomène chimique provoqué par la silice vitreuse qui se trouve dans la fumée de silice (FS) et qui réagit avec la chaux présente dans le ciment pour donner le silicate de deuxième génération [Almusallam et al., 2004, Ulucan et al., 2008]. Cependant, c’est l’inverse qui s’est produit dans le cas de mélanges de béton avec le LHF, car les résistances à la compression obtenues sont inférieures à celles du béton de référence pendant la période de durcissement. Cette constatation peut s’expliquer, d’une part, par le fait que l’hydratation des laitiers de haut fourneau ne produit pas de portlandite et nécessite donc un activateur, et d’autre part, par la cinétique d’hydratation lente du laitier dont la teneur en chaux est significativement inférieure à celle du ciment (Tableau 3.6). En outre, les résultats de la résistance à la compression à l’âge de 28 jours pour des bétons contenant LHF, FC et PN restent comparables à ceux du béton de référence. Cela conduit à une économie significative des coûts des matériaux et d’autres avantages techniques tels que la réduction de la chaleur ainsi que l’amélioration potentielle de la microstructure du béton.