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RÉSUMÉ. Les travaux présentés dans l’article sont les résultats d’une étude par

RÉSUMÉ. Les travaux présentés dans l’article sont les résultats d’une étude paramétrique sur l’orientation des fibres métalliques dans un béton haute performance fibré. Des mesures de résistivité électrique sont réalisées sur des éprouvettes dont les fibres sont artificiellement orientées lors du coulage. L’exploitation des résultats prouvent la capacité de cette technique à caractériser la distribution des fibres de manière non destructive ABSTRACT. Works presented in the article are parametric study results, on the steel fibre distribution, in a High Performance Fibre Reinforced Concrete (HPFRC). Electrical resistivity measurements have been done on samples whose fibres have been oriented during casting. Results interpretation proves the ability of the technique to characterise in a non destructive way, the distribution of fibres. MOTS-CLÉS : Contrôle Non Destructif, béton de fibre, résistivité électrique, orientation, anisotropie. KEYWORDS: Non Destructive Testing, Fibre Reinforced Concrete, electrical Resistivity, distribution, anisotropy. 1. Introduction L’innovation dans les sciences de la construction passe en partie par le développement de nouveaux matériaux et la maîtrise de leurs propriétés. Le béton renforcé de fibres est l’un de ces matériaux. Les fibres augmentent la résistance mécanique du béton, réduisent son retrait plastique, augmentent sa résistance aux impacts et améliore sa résistance au feu. Avec ce matériau, les ingénieurs sont capables de projeter de nouvelles structures originales par leur design et leur conception, mais aussi par leurs capacités à résister aux diverses sollicitations extérieures (Pimienta et al., 2004) (Behloul et al., 2004). 25e rencontres de l’AUGC, 23-25 mai 2007, Bordeaux Les caractéristiques de ce type de matériaux repose sur la présence de fibres qui peuvent être de différentes natures : métalliques, synthétiques, naturelles, fibres de verre ou de carbone… dans cette étude seuls les bétons de fibres métalliques sont considérées. L’influence des fibres apparait de différentes manières selon les auteurs : par leur capacité à contrôler les fissures, comme des absorbeurs d’énergie, par leur capacité à transférer les charges, par leur résistance en traction, … mais la plupart d’entre eux s’accordent à reconnaitre que les paramètres conditionnant ces propriétés sont (outre la nature des fibres) leur densité volumique, et leur orientation (Zollo, 1997). 2 25e rencontres de l’AUGC, 23-25 mai 2007, Bordeaux Si la densité de fibre est un paramètre a priori maitrisable par la formulation du matériau, le facteur « orientation » reste difficile à évaluer, et la plupart des dimensionnements considérant les bétons renforcé de fibre se basent sur l’hypothèse d’une répartition des fibres aléatoire en orientation, et homogène dans la masse (Dupont et al., 2005). En d’autres termes, tout est ramené à la notion de densité de fibre. Pourtant cette hypothèse peut être mise en défaut dans les certains cas : structure à géométrie complexe, proximité des bords, présence de reprise de bétonnage, … De plus, la connaissance précise de l’orientation des fibres serait un facteur qui assurerait les ingénieurs du bon dimensionnement de leur structure, voire qui permettrait l’optimisation de la quantité de fibre à prévoir dans la formulation initiale. A ce jour, il n’existe pas de méthode non destructive ergonomique de caractérisation des fibres dans le béton. Des résultats ont été acquis par l’utilisation d’outils de laboratoire tel que les rayons X, l’analyse d’image (Ferrara et al., 2006). Des travaux récents (AFGC, 2002) s’orientent sur le dimensionnement optimisé par l’étude d’éléments tests coulés préalablement, puis détruits afin de contrôler directement les paramètres de répartition des fibres, afin de valider la formulation et les processus de réalisation des éléments. Les résultats exposés dans cet article portent sur l’utilisation de la mesure de résistivité électrique pour la caractérisation avec une méthode non destructive, de l’orientation des fibres dans le béton. 2. Programme expérimental 2.1. Réalisation des corps d’épreuve Il s’agit d’étudier huits dalles de 60x60cm² et de 2 à 5 cm d’épaisseur, constituées d’un béton de fibres métalliques de type Ductal® (à l’exception d’une seule considérée comme référence et composée de béton Ductal® non fibré). Le béton haute performance fabriqué est issu d’une formulation déjà utilisée par Lafarge sur certains ouvrages en service (Behloul et al., 2004) (figure 1). Tableau 1. Caractéristiques (typiques) du béton Ductal® étudié Densité 2500 kg/m3 Résistance en compression 180 MPa Resistance en traction 8 MPa Résistance post-pic 5 MPa Module d’Young 50 000 MPa Coefficient de poisson 0.2 Retrait 0 Coefficient de fluage 0.2 Dilatation thermique 12.10-6 m/(m.°C) Caractérisation d’un béton fibré par méthode non destructive. 3 Les dalles diffèrent les unes des autres par le mode de coulage qui a été utilisé. Ce procédé est la manière retenue pour créer de la variabilité entre dalles (voire sur une même dalle) concernant la répartition et l’orientation des fibres. Ainsi un coulage du centre, d’un coin, de deux coins opposés ne vont pas induire la même disposition des fibres dans le béton, du fait de la proximité des bords, et des modes d’écoulement de la pate (figure 2.). La fluidité de ce béton est mesurée à 235mm (après 20 chocs), les bétons testés ont entre 12 et 48 heures. Figure 2. Coulage d’une dalle - Coulage au centre de la dalle. 2.2. Mesures de résistivité électriques Les mesures de résistivités électriques sont réalisées en aveugle (sans connaitre à priori les modes de coulage). Le protocole de mesures est défini initialement et fixé pour tous les corps d’épreuve (Lataste, 2002). Il s’agit de mesurer la résistivité électrique apparente au moyen d’un dispositif quadripolaire carré de 5 ou 10 cm de coté (figure 3). L’injection d’un courant électrique associée à la mesure de la différence de potentiel permettant de calculer la résistivité apparente du matériau. Les mesures sont réalisées en chaque point pour différentes orientations du dispositif afin de caractériser sur une même zone les propriétés électriques dans différentes directions. Le béton étant un matériau isotrope électriquement à cette échelle de mesure, toute différence de résistivité apparente en fonction de la direction investiguée traduit l’influence des fibres métalliques (conductrices par comparaison au béton). Ainsi, sur la base de ces mesures de résistivité on est capable de définir des axes plus ou moins résistifs qui vont permettre de remonter à l’orientation des fibres localement. 4 25e rencontres de l’AUGC, 23-25 mai 2007, Bordeaux Figure 3. Dispositif de mesure. Les deux dimensions de dispositif retenues (5 et 10 cm, respectivement notées Q5 et Q10) permettent d’investiguer différentes profondeurs depuis la surface. Les résultats obtenus pour les différentes profondeurs d’investigation étaient similaires qualitativement (un contraste moyen de résistivité apparente entre la surface et le fond est calculé à 1.54). Dans la suite du document nous ne distinguerons plus les différentes profondeurs d’investigation. Les données sont « refondues » ensemble afin d’améliorer l’interprétation par zone. Neuf zones de mesures sont étudiées sur chaque dalle. Ceci afin de compléter l’évaluation des caractéristiques locales (à l’échelle de la mesure, c’est à dire avec le dispositif de 5 cm de coté le volume ausculté est de quelques centimètres cubes), par une évaluation des caractéristiques à l’échelle de la dalle. Préalablement à toute analyse des résultats, l’étude des dérives, des bruits de mesures, de l’influence de biais (tel que la proximité des bords) a été mené afin de s’assurer de la représentativité des résultats de la méthode électrique. De plus, simultanément au coulage, des vidéos sont enregistrées afin d’avoir un élément de validation des mesures de résistivité par un contrôle direct de l’orientation des fibres. Les deux analyses sont menées parallèlement et indépendamment l’une de l’autre, puis les résultats sont finalement comparés. 3. Résultats 3.1. Analyse globale L’analyse des résultats montre que le comportement électrique des bétons fibrés est très différent de celui du même béton sans fibre. En considérant les mesures « superficielles » (obtenues avec le dispositif de 5 cm de coté), on note que la résistivité moyenne pour le béton sans fibre est de 30.4 Ohm.m, elle est comprise entre 5.4 et 17.0 pour les bétons fibrés. Les valeurs de résistivité sur les bétons fibrés sont très contrastées entre dalles, zones, et orientations de la mesure. Pour le béton sans fibre la valeur moyenne est beaucoup plus constante sur toute la dalle et les orientations. Les coefficients de variations sont de 0.05 pour le béton sans fibre, et compris entre 0.13 et 0.30 selon les dalles pour les bétons fibrés (en intégrant toute position sur la dalle, et touts orientation). En fait cette variabilité est aussi observable Quadripôle de mesure Appareil d’acquisition et commutateur Caractérisation d’un béton fibré par méthode non destructive. 5 sur les extremums mesurés : valeurs entre 26.3 et 34.7 Ohm.m sur la dalle sans fibre, et 0.1 à plus de 22.8 (voire 41.0 !!) Ohm.m sur les dalles fibrés. Ces Variations sont qualitativement identiques à celles observées avec le plus grand dispositif de mesure (de 10 cm de coté). Elles traduisent l’influence de la présence des fibres métalliques (très conductrices) tant par leur effet de masse (résistivités globalement plus faibles sur les bétons fibrés), que par leurs orientations (résistivités électriques contrastées selon les directions de mesures). Si on considère la présence des fibres d’acier, elles représentent une voie privilégiée de circulation du courant électrique dans le béton. Toutefois en fonction des positions uploads/Ingenierie_Lourd/ lmstnd.pdf