1

Rpublique Algrienne Dmocratique et Populaire

Ministre de lEnseignement Suprieur et de la Recherche Scientifique

8 1945

Universit 8 mai 1945 Guelma

1. DOMICILIATION DU PROJET Organisme de domiciliation Organisme pilote Laboratoire de Gnie Civil et dHydraulique (LGCH) CNERIB 2. IDENTIFICATION DU PROJET

Intitul du projet: Comportement haute temprature des btons hautes performances Intitul du domaine Habitat, construction et urbanisme Intitul de laxe Incendie Intitul du thme Risques technologiques

3. Identification de lEquipe de recherche

Chef de projet Nom et prnom Grade Etablissement de rattachement BENMARCE ABDELAZIZ MC"A" Universit du 8 Mai 1945, Guelma.

Equipe de recherche

Nom et prnom Grade Etablissement de rattachement Observation Boudjahem Hocine M-A "A" Universit du 8 Mai 1945, Guelma. Bendjaiche Robila M-A "A" Universit du 8 Mai 1945, Guelma. Bouaoud Mohamed Magistre Fonctionnaire CGS/Constantine

BILAN DEVALUATION DU PROJET PNR Dveloppement durable

2

4- Synthse des activits de recherche - Rappel des objectifs du projet

Une comprhension du comportement du bton hautes performances vis--vis du feu, ce qui

permettra un approfondissement et largissement des connaissances scientifiques et techniques sur le plan national dans ce domaine;

Une mise au point de modles thoriques et/ou de logiciels de simulation Objectifs Techniques/Technologiques :

Une familiarisation des diffrents acteurs (utilisateurs et/ou fabricants de ce nouveau matriau) avec ces nouvelles technologies, ce qui permettra une mise en uvre des moyens techniques et humains (quipement et formation du personnel concern), pour produire le BHP.

La mise en place dune mthodologie de production des Btons Hautes Performances, en grande quantit

Rsolution du problme de lcaillement des Btons Hautes Performances, quand ils sont soumis au feu

Llaboration dune rdaction davis techniques afin de constituer un noyau dexpertise dans ce domaine.

- Impact et rsultats attendus du projet Retombes scientifiques: Ce projet de recherche apportera des solutions concrtes,

Dans la comprhension du comportement du bton hautes performances vis--vis du feu Dans la mise au point de modles thoriques et/ou de logiciels de simulation Dans lapprofondissement et llargissement des connaissances scientifiques et techniques sur le

plan national (Algrie) ; La publication darticles dans des revues nationales et internationales.

Technique/Technologique: Ce projet apportera des solutions concrtes:

Contribution la mise en uvre des moyens ncessaires pour produire le BHP, tel que : la formation et/ou le perfectionnement du personnel concern

Proposition dune mthodologie afin dobtenir des rsistances en compression trs leves, Diffusion des connaissances,etc.

Tches prvues dans le projet (se rfrer la fiche

de prsentation valide lors de lacceptation du projet) Tches effectivement ralises

1) Etude Bibliographique Semestre 1 2) Ralisation des essais Semestre 2 3) Modlisation Semestre 3 4) Rdaction d'avis Technique Semestre 4

Rsultats obtenus et impacts des rsultats du projet sur le secteur socio conomique Ce projet contribuera :

Une familiarisation avec les nouveaux matriaux tels que le Bton Hautes Performances, Mettre en place une mthodologie de production des Btons Hautes Performances, en grande

quantit, Rsoudre le problme de lcaillement des Btons Hautes Performances, quand il est soumis

3

au feu Elaborer une rdaction davis techniques afin de constituer un noyau dexpertise dans ce

domaine. Ce projet a permis ainsi, aux diffrents secteurs tels que : btiments, travaux publics,, de bnficier de ces rsultats.

5. Implication effective des membres du projet Cette rubrique doit tre obligatoirement renseigne pour toute lquipe de recherche prvue dans le projet. Il est suggr un tableau par membre) Tches accomplies

Benmarce Abdelaziz Optimisation des paramtres utiliss dans la composition du BHP

Dpouillement, analyse des rsultats et rdaction d'un avis technique

Boudjahem Hocine Simulation numrique (non-acheve) Bendjaiche Robila Formulation de quelques BHP base de matriaux locaux Saadi Imen Ralisation des essais mcaniques Bouaoud Mohamed Essais non destructifs

Tches non accomplies (avis motiv du chef de projet) La partie simulation numrique na pas t ralise faute de temps. Observations ventuelles du chef de projet Le chef dtablissement ne nous a pas autoriser a participer la confrence Internationale sur les avances dans les technologies du ciment et du bton qui sest tenue Johansbourg le 28 30 Janvier 2013. Malgr, nous avons dposs le dossier pour lachat du billet 3 mois lavance mais en vain, prtextant une fois que le billet tait trop cher et une autre fois quil a oubli alors que deux de mes collgues (de luniversit de Bchar et de lUSTHB) ont participer cette confrence .

6. Apport du partenaire socio conomique Apport prvu (prciser lapport initialement arrt avec le partenaire socio conomique)

Apport concrtis (prciser lapport effectif du partenaire socioconomique)

Ralisation des essais non destructifs

Comme ce partenaire a ralis des essais non destructif durant sa thse de magistre et a obtenue des bons rsultats, alors il a t judicieux dutiliser lexprience de ce celui-ci afin de rduire

Observation sur lapport du partenaire socio conomique

7. Travaux de valorisation (donner le nombre et joindre des justificatifs par rubrique)

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1. Brevets 2. Prototypes 3. logiciels 4. Ouvrages et documents scientifiques et techniques 5. Publications internationales : (01) 6. Publications nationales : (01) 7. Communications internationales :(08) 8. Communications nationales : (01) 9. Encadrement : (09 Masters , 01 Magistre, et 02 Doctorants) 10. Organisations de rencontres scientifiques : (01) 11. Autres ralisations.

Publication internationale

1. Benmarce A., Boudjehem H. & Bendjhaiche R." Durability of Self-compacting concrete", Advances in Innovative Materials and Applications, Advanced Materials Research, Vol. 324, 2011. Trans Tech Publications, Switzerland pp 340-343, www.scientific.net/AMR.324.340,ISBN-13:978-3-03785-229-3 (http://www.ttp.net/978-3-03785-229-3/8.html); Indexing: Indexed by Elsevier: SCOPUS www.scopus.com and Ei Compendex (CPX) www.ei.org/. Cambridge Scientific Abstracts (CSA) www.csa.com, Chemical Abstracts (CA) www.cas.org, Google and Google Scholar google.com, ISI (ISTP, CPCI, Web of Science) www.isinet.com, Institution of Electrical Engineers (IEE) www.iee.org, etc.

Publication nationale

1. A. Benmarce & M. Bouaoud Risque et vulnrabilit sismique de la ville de Constantine" Revue "science & technologie"; Accepte (2013) revue.umc.edu.dz

Communications Internationales

1. A. Benmarce, H. Boudjehem & R. Bendjaiche "Comportement des poteaux en BHP hautes tempratures" 1er Congrs international sur le gnie civil et le dveloppement durable, 17-19 Oct. 2011, Tbessa, Algrie

2. Benmarce A., Boudjehem H. and Bendjaiche R., Saadi I. & Bouaoud M. "Silica fume and super plasticizer effect on producing high strength concrete" 10th International Congress on Advances in Civil Engineering (ACE 2012) Ankara, 17-19 October, 2012 Turkey.

3. Saadi I. & Benmarce A. "Influences des additions minrales sur les caractristiques physico-chimiques des btons haute performance" Colloque international, Maintenance et conservation du patrimoine bti 23 Juin. 2012, Tlemcen, Algrie.

4. Benmarce A. & Saadi I. "Contribution la comprhension du phnomne d'caillage des btons hautes performances" 1er Congrs International de Gnie Civil et dHydraulique, 10 - 11 Dc. 2012, Guelma, Algrie.

5. Benzaid M., Boukour S. & Benmarce A. "Contribution l'tude du comportement hautes temprature des btons autoplaants" 1er Congrs International de Gnie Civil et dHydraulique, 10 - 11 Dc. 2012, Guelma, Algrie.

5

6. A. Benmarce, M. Benzaid, M. Bouaoud, H. Boudjahem & R. Bendjaiche "Durability of Self-compacting concrete" International Conference on Advances in Cement and Concrete Technology in Africa 2013, 28 - 30 January 2013. Johannesburg, South Africa.

7. M.S Dimia, M. Guenfoud, A. Benmarce & M. Baghdadi "Structural behavior of concrete load bearing walls under natural fire " 1er Sminaire International de Gnie Civil SIGCB2013, 06-07 March, 2013 Universit de Bchar, Algrie.

8. Benmarce A., Boudjehem H. and Bendjaiche R., Saadi I. & Bouaoud M."Silica fume and super plasticizer effect on producing high strength concrete" International Congress on Materials & Structural stability Morocco, 27-30 Nov. 2013 (Accepted). www.fsr.ac.ma/cmss/

Communication/Sminaire National

1. A. Benmarce, M. Benzaid & I. Saadi "Durability performance of Self-compacting concrete incorporating local quarry waste fines, crushed brick fines and silica fume" Sminaire national sur les matriaux locaux dans la construction, Universit Kasdi Merbah, 20-21 Fev. 2013, Ouargla, Algrie

Encadrement :

Masters : Sous la direction de Dr. A. Benmarce

1 Hemaizia Aziz et Makhlouf Ammar " Etude bibliographique sur le BAP et le BHP" Soutenue Juin 2011, Universit du 8 Mai 1945, Guelma.

2 Saidia Med Amine & Lakhlef Houssem "Etude bibliographique sur le BHP", soutenue Juin 2012, Universit du 8 Mai 1945, Guelma.

3 Mouadna Loubna & Dahmane Meriem "Les btons autoplaants" Soutenue Juin 2012, Universit du 8 Mai 1945, Guelma.

4 Sellaoui Nezha et Meguellatni Meryem "Risque et vulnrabilit sismique dun btiment stratgique de la ville de Guelma" Soutenue Juin 2011, Universit du 8 Mai 1945, Guelma.

Sous la direction de Mme. R. Bendjaiche

5 Azizi Hakima, Chiheb Amira & Toualbia Nadjiba "Pathologie des batiments (Cas de

luniversit de Guelma), Soutenue Juin 2013, Universit du 8 Mai 1945, Guelma

6. Badre Oqbi & Soualmia F "Proprits physiques des BHP" Soutenue Juin 2012, Universit du 8 Mai 1945, Guelma

7. Badre Oqbi & Soualmia F "Proprits physiques des BHP" Soutenue Juin 2012, Universit du 8 Mai 1945, Guelma

Sous la direction de Mme. H. Boudjehem

8. Ferkous Yaakoub " Etude bibliographique sur le comportement des BHP haute temprature " Soutenue Juin 2012, Universit du 8 Mai 1945, Guelma

9. Remache Sabiha & Louiza Hakima " Etude dun bloc administratif (R+1) avec une tude

6

doptimisation thermique " Soutenue Juin 2013, Universit du 8 Mai 1945, Guelma

Magistres : 1 Hadri Samia " Le passage dun bton haute performance un bton autoplaant, Etat

de l'art" 2012, Universit du 8 Mai 1945, Guelma.

Doctorants : 1. Saadi Imene " Contribution ltude du comportement haute temprature des BHP "

Universit de Annaba (Date de soutenance probable Dec. 2014). 2. Benzaid Mehdi "Contribution ltude du comportement haute temprature des BAP "

Universit du 8 Mai 1945, Guelma (Date de soutenance probable Dec. 2014).

Organisations de rencontres scientifiques

Membre du comit scientifique et du comit dorganisation du 1er Congrs International de Gnie Civil et dHydraulique, 10 - 11 Dc. 2012, Guelma, Algrie

8. Bilan financier du projet

CHAPITRES Somme alloue Consommation CHAPITRE I Remboursement de frais 200.000,00 78.421,00 CHAPITRE II MATERIEL ET MOBILIER 650.000,00 511.525,00 CHAPITRE III FOURNITURES 200.000,00 157.543,00 CHAPITRE IV CHARGES ANNEXES 0,00 0,00 CHAPITRE V PARC AUTOMOBILE 0,00 0,00 CHAPITRE VI FRAIS DE VALORISATION ET DE DEVELOPPEMENT TECHNOLOGIQUE

0,00 0,00

CHAPITRE VII RETRIBUTION DES ACTIVITES DES CHERCHEURS

0,00 0,00

Total 1.050.000,00 747.489,00 -Taux de consommation : 72% -Contraintes rencontrs : Non disponibilit des matriaux de construction ainsi que quelques adjuvants au dbut du projet. 9. Observations et suggestions ventuelles du chef du projet

C'est dommage que le recteur s'est oppos l'achat d'un billet d'avion durant le dbut de la deuxime anne du projet afin que le chef du projet prsente les derniers rsultats de ces travaux dans une confrence internationale qui s'est tenue Johannesburg le 28 Janvier 2013.

10. Les rsultats du projet se prtent-ils une valorisation socio conomique ?

OUI

Si oui, comment ?

Ce projet a permis en quelques mots :

7

Une familiarisation avec les nouveaux matriaux tels que le Bton Hautes Performances, Mettre en place une mthodologie de production des Btons Hautes Performances, en grande

quantit, Rsoudre le problme de lcaillement des Btons Hautes Performances, quand il est soumis

au feu Elaborer une rdaction davis techniques afin de constituer un noyau dexpertise dans ce

domaine. Ce projet a permis a nos tudiants, Masters/Magistres ainsi, aux diffrents secteurs tels que : btiments, travaux publics, etc.,de bnficier de ces rsultats et de cette exprience pour entamer dautres projets de recherche.

Fait Guelma , le 17/09/2013 Signature du chef de projet

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Sommaire

CHAPITRE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE...11

Rfrences bibliographiques...........13

CHAPITRE II : PARTIE THEORIQUE.....14 2.1 Avantages des BHP ..18

2. 2 Inconvnients des BHP.19

Rfrences bibliographiques.......20

CHAPITRE III : PARTIE EXPERIMENTALE3..21 3.1 Composition des BHP....21

3.1.1 Introduction .21

3.2 Microstructure des BHP ....23

3.2.1 Introduction.........23

3.2.2 Pate-ciment haute performance....23

3.2.3 Interface pate ciment-granulat..23

3.3 Rapport eau-ciment .....24

3.4 Granulats .........................................................................................................25

3.4.1 Granulats base de calcaire.......26

3.4.2 Granulats base de silice......26

3.5 Adjuvants .......27

3.5.1 Rducteurs deau...27

3.5.2 Fume de silice..28

3.5.3 Dosage en fluidifiant..28

3.6 Cure......29

3.7 Production des BHP..29

3.8 Conclusion....30

Rfrences bibliographiques...30

9

CHAPITRE IV COMPORTEMENT DU BHP AU FEU.....33 4.1 Introduction..........33

4.1.2 Les BHP vis--vis du feu.......33

4.1.2.1 Diffrents tests de rsistance au feu...34

4.1.2.2 Courbe normalise dvolution de la temprature....34

4.1.2.3 Interprtation des tests raliss dans un four....34

4.1.2.4 Pte de ciment sous leffet des tempratures leves...36

4.1.3 Proprits mcaniques du bton haute temprature.....37

4.1.3.1 Rsistance la compression des BHP..37

4.1.3.2 Effet de la temprature leve sur la rsistance la compression....38

4.1.3.3 Comportement en compression en conditions transitoires...41

4.1.3.4 Module dlasticit des BHP..42

4.1.3.5 Fluage des BHP..42

4.1.3.5.1 Leffet double de la temprature sur le fluage des BHP...43

4.1.4 Proprits thermiques.........46

4.1.4.1 Introduction ....46

4.1.4.2 Densit et conductivit thermique..47

4.1.4.3 Dformation thermique.47

4.2 Comportement structural.......48

4.2.1 Rsistance au feu des BHP..48

4.2.2 Facteurs influant sur le comportement au feu des BHP.....49

4.2.3 Rsistance du bton ..49

4.2.3.1 Teneur en humidit.....50

4.2.3.2 Masse volumique du bton.....50

4.2.3.3 Intensit du feu...50

4.2.3.4 Dimensions des chantillons...51

4.2.3.5 Armatures transversales.51

4.2.3.6 Importance de la charge.51

4.2.3.7 Type des granulats...52

10

4.2.5 Conclusions sur le comportement du bton.....53

4.2.6 Conclusion...53

Rfrences bibliographiques......53

CHAPITRE VI : PARTIE EXPERIMENTALE.....58 5.1 Caractrisation des matriaux..58

5.2 Malaxage......58

5.3 Compactage......59

5.4 Gche......60

5.5 Courbe dchauffement ....60

Rfrences bibliographiques...60

CHAPITRE VI : RESULTATS ET CONCLUSIONS......62 6.1 Introduction.....62

6.2 Module de Young ........65

6.3 Observations visuelles...66

6.4 Conclusions et quelques rgles suivre pour amliorer la tenue des BHP

au feu........66

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RAPPORT DETAILLE DU PROJET CHAPITRE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE Les proprits thermiques du bton sont trs complexes, non seulement du fait que le bton est un matriau composite, avec des composants ayant des proprits thermiques diffrentes, mais aussi leurs proprits dpendent de la teneur en humidit et de la porosit. Trs peu de donnes sur les proprits thermiques des BHP, sont disponibles, quoiquelles se situent dans la gamme du bton ordinaire. Les prsents rsultats dans la littrature sont trs varis, parfois contradictoires et confus, notamment ceux traitant lvolution des proprits mcaniques au cours de lchauffement (phnomne de lcaillage).

La plupart des tudes rcentes montrent que le BHP devient plus friable quand il est sous feu, par rapport au bton ordinaire. Les facteurs qui affectent le type et la svrit de lclatement du bton, peuvent tre en rapport avec le matriau dont la teneur en humidit, lge du bton, le type de granulats et la structure interne ainsi que les proprits du bton. Dautres avec la structure, le niveau ainsi que le type de chargement ainsi que le rgime dchauffement. La ncessite dtudier linfluence de ces facteurs sur la performance des BHP durant un feu est devenue imposante. De plus, lEurocode 2, Part 1.2, qui nest applicable quau bton ordinaire, indique, quen augmentant la contrainte de compression dans un poteau peu augmenter le risque dcaillement du bton. Ceci est confirm par les quelques travaux de recherches exprimentaux et thoriques rcents (Benmarce et Guenfoud1).

En effet, durant un feu, le poteau est bloqu par la structure environnante contre lexpansion thermique gnrant ainsi des forces additionnelles dans le poteau. Comme consquence, en plus des forces de compression axiales dont il est soumit, viennent sajouter ces forces additionnelles pouvant atteindre un niveau dangereux, provoquant lclatement du bton, mettant nue larmature du poteau et par consquent entranent une rduction importante de sa rsistance. Selon certains auteurs, les forces gnres dans le poteau, sont bnfiques pour les performances de la structure vis--vis du feu, du fait quelles permettent une redistribution des efforts aux structures avoisinantes. Selon dautres auteurs, limposition de restriction augmente la possibilit de lclatement du bton, mais ce nest lobjectif de ce travail de recherche.

Dans la majorit des cas, lclatement des lments pralablement chargs, mme des taux de chargement relativement faibles ou moyens est plus important que les lments non chargs. La charge ajoute aux contraintes dues la pression interstitielle produite par la vapeur. Par ailleurs, plus la charge est grande, moins est la tenue au feu est bonne, car la perte de rsistance qui accompagne la monte en temprature est plus grande dans le cas des BHP que celui des btons ordinaires.

En gnral, une augmentation rapide de la temprature conduit , lcaillage de llment, parfois explosif et des rsistances plus faibles. Cest le cas typique des feux dhydrocarbures qui constituent les rgimes dchauffements levs (ou vitesses dchauffements leves).

Ce travail de recherche, il est question de travaux exprimentaux, qui sont la continuit

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des travaux raliss luniversit dUlster, en Ireland du nord, et qui essaient de rpondre quelques points qui se posent actuellement dans ce domaine de recherche. Dans ce programme, ltude de 25 chantillons a t faite afin dobtenir une meilleure formulation des BHP ou plutt une formulation optimale, du point rsistance la compression (trs haute rsistance) et du point de vue rhologique.

Dans ce qui suit, il est question dune caractrisation des BHP, avec en revue les travaux raliss sur lvolution des proprits physiques et mcaniques des btons soumis des tempratures leves. Quelques avantages et inconvnients sont sommairement traits. Ensuite, la composition dun BHP est tudie, lvolution de la rsistance en compression et module dlasticit sont prsents en fonction des diffrents paramtres influenant ces comportements. Linfluence des conditions de ralisation des essais et de fabrication des btons atteignant les 100 MPa est largement discute, suivi dune partie exprimentale, enfin dans ce rapport, dont une partie est consacre linfluence des quantits deau et de fume de silice dans la composition des BHP, afin dobtenir une meilleure rsistance en compression et une meilleur rsistance au feu. Des conseils pratiques sont donns afin de produire ou de reproduire un BHP dont la rsistance en compression pouvant atteindre les 100 MPa. Cette partie exprimentale, a fait lobjet dune publication internationale.

Quand ltude des BHP vis--vis du feu, elle sarticule, sur le comportement du matriau vis--vis du feu. Enfin, on terminera ce rapport par une conclusion et une perspective.

References bibliographiques

1. Benmarce A. & Guenfoud M., Experimental Behaviour of High Strength Concrete Columns in Fire Magazine of Concrete Research, Vol. 57,No.5, June, p.283-287

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CHAPITRE II : PARTIE THEORIQUE Lutilisation croissante du bton haute rsistance dans le btiment et autres ouvrages suscite des interrogations concernant sa tenue au feu, en particulier en raison du danger de lclatement (ou de lcaillage). Sa plus grande rsistance la compression permet de raliser des poteaux de dimensions rduites, ce qui diminue lencombrement. Une des raisons de lutilisation des BHP dans le btiment est le fait que les poteaux constituent la partie la plus importante dune structure qui va supporter les charges de compression. Do la ncessit de prendre les dispositions ncessaires contre le feu. Par contre il ny a pas de rglements donnant des indications sur la rsistance au feu, dun poteau en BHP. En plus, de rcents rsultats sur le feu, montrent que Les diffrences de proprits haute temprature entre le BHP et le bton ordinaire, ne sont pas bien dfinies 1,2.

Le calcul de la rsistance au feu dun lment structural a pour but de sassurer que les dimensions de la section sont suffisantes pour garder le transfert de chaleur travers cet lment dans des limites acceptables et un enrobage moyen du bton suffisant pour garder la temprature dans lacier en dessous des valeurs critiques. Quand le BHP est expos au feu, il peut tre lorigine dun comportement fragile cest--dire un caillement ou bien un dtachement brutal (parfois explosif) dcailles de quelques millimtres quelques centimtres dpaisseur3. Les armatures sont mises nue et lintgrit de la structure est menace.

Parmi les facteurs qui ont t identifis comme influant sur lclatement du BHP quand il est soumis au feu, certains dpendent des proprits des matriaux, telle que la porosit, la rsistance la traction, llongation thermique, la vapeur contenue dans le bton ou bien les proprits thermiques. Dautres facteurs, quoique directement influencs par les proprits des matriaux, dpendent de la structure elle-mme, dont la distribution des contraintes qui, elles mmes dpendent de la charge ainsi que du systme dappui et la prsence des armatures (voir tableau 2.1).

Tableau 2.1 Facteurs influant sur lclatement.

Facteurs tenant compte des proprits du matriau

Rsistance la compression

Taux dhumidit/Cure

Permabilit

Porosit

Dtails Granulats

Rapport Eau / Ciment

Facteurs dchauffement Rgime dchauffement

Nature de lchauffement

Temprature Maximum

Conditions de support Chargement

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Blocage

Gomtrie de llment Type dlment

Dimensions de llment

Facteurs tenant compte de lenvironnent Conditions de cure

Conditions de schage

Autres Facteurs Age, Fissuration

Un programme exprimental4 rcent a montr que les recommandations de lEuro code 2 ne sont pas satisfaisantes, mme quand elles sont appliques au bton ordinaire. LEuro code 2 suggre quil ne peut y avoir dclatement du bton quand il est soumis au feu, alors que des tests prouvent le contraire. Durant les dernires annes, un nombre important dtudes a t faites pour comprendre le comportement du bton hautes performances vis--vis du feu, nanmoins, le problme rside dans la rsistance de ce matriau notamment son comportement friable. On note ce propos, un manque dinformation sur sa rsistance la compression, ainsi quune formulation unique du critre de rupture.

Le bton, matriau de base le plus traditionnel du gnie civil, ne pouvait pas chapper, malgr un temps de retard, au formidable mouvement dvolution technologique et scientifique de ces dernires annes. Au cours des annes 70, des btons prsentant des rsistances suprieures 100 N/mm2 ont t utilis pour la premire fois. Le bton haute rsistance (BHR) ou bton haute performance (BHP), qui a une grande durabilit et assure un niveau lev de performance structurale, par rapport au bton rsistance normale (BRN) utilis traditionnellement. Auparavant employ pour les ponts, les constructions en mer et les infrastructures, il est de plus en plus utilis dans les immeubles de grandes hauteurs, en particulier pour les poteaux.

Un bton classique, pour tre coul, demande une quantit d'eau, suprieure celle

ncessaire lhydratation du ciment seulement. Lors de la prise du ciment, cette eau est chasse du bton, lors de son lvation de temprature puisque les ractions d'hydratation sont exothermiques. Les vides crs par le dpart de l'eau, diminuent la rsistance du bton. Les BHP utilisent moins d'eau, lors de leur mise en uvre. Lemploi de produit organique dfloculant (condenss de formaldhyde et mlamine sulfonate ou condenss de formaldhyde et naphtalne sulfonate), ajouts au bton frais, jouent le rle de plastifiants. Cette dfloculation permet aux grains de ciment en suspension dans leau de retrouver leur granularit originelle (entre 5 et 50 m pour lessentiel). Cette voie conduit une rduction sensible de la quantit deau ncessaire, puisque une forte part de celle-ci nest plus, comme dans le cas du bton traditionnel, pige dans les flocs de grains de ciment et donc peut tre utile la maniabilit.

Des ajouts de fume de silice, de fillers calcaires, etc., chimiquement ractifs, qui ont galement un effet rhologique, permettent de fixer, en partie, la chaux libre par l'hydratation du ciment, en donnant des silicates de calcium qui font galement prise par hydratation. Ces adjuvants peuvent reprsenter de 2 4 % de la masse de ciment.

Donc les deux voies possibles dobtention des BHP consistaient rduire la floculation des grains de ciment, en utilisant des superplastifiants tel que le formaldhyde et mlamine sulfonate, ainsi que le formaldhyde et naphtalne sulfonate, soit par lajout de mlange

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granulaire, tel que les fumes de silice, les fillers calcaires etc. Notons que la premire solution cite plus haut, peut tre utilise seule et permet des gains de proprits constructives, douvrabilit et de durabilit intressantes. Lessentiel de ces proprits sont cits dans ce qui suit :

Du point de vue rsistance, certains laboratoires 5 ont mis au point des BHP, dont la rsistance la compression peut atteindre, sans cure thermique, 200 MPa. Globalement, laugmentation de la rsistance est obtenue par la rduction de la porosit du mlange. Cette baisse de la porosit est obtenue grce lemploi conjoint de fume de silice, qui, notamment par la taille de ses grains, comble les vides entre les grains de ciment, et dadjuvants superplastifiants qui dfloculent les grains et amliorent le processus dhydratation.

Au niveau de la maniabilit, il existe actuellement des btons fluides qui peuvent tre mis en uvre sans vibration

Le bton devient de plus en plus technique et la gamme de ses formulations s'adapte la diversit des ouvrages. La rvolution des btons tient l'utilisation d'adjuvants organiques et minraux. Ils acclrent ou retardent sa prise, facilitent sa mise en oeuvre, le fluidifient selon les besoins, rduisent la finition, amliorent sa planit.

2.1 Avantages des BHP Les BHP se caractrisent par la faible porosit de leur matrice. Rsistance leve la compression, ouvrabilit, durabilit, rsistance au jeune ge sont

les principales proprits des BHP. Le BHP est moins permable que le bton conventionnel, do sa plus grande rsistance

au sel dans leau de mer, aux cycles de gel dgel et aux dommages y affrents moyennant lajout des produits chimiques.

Une rsistance accrue permettra dutiliser des membres plus minces et plus petits et davoir des traves plus longues, ce qui devrait rduire le cot de construction des ouvrages.

La dure de vie globale de louvrage est prolonge. La priode qui scoule avant que des travaux dentretien soient ncessaires est beaucoup

plus longue que pour le bton conventionnel; les travaux de rparation perturbent donc moins le public et les cots dentretien sont moins levs.

Le Bton Haute Performance se comporte diffremment par rapport au bton ordinaire. Une rponse linaire, Moins de fissuration, Un module dlasticit plus leve, Une rsistance de traction plus leve Moins de fluage et une ductilit rduite sont juste quelques proprits des BHP 6

2. 2 Inconvnients des BHP Durant les dernires annes, beaucoup deffort de comprhension a t fait pour

connatre le BHP, nanmoins le problme rside dans la rsistance de ce matriau : Le comportement friable des BHP sous feu, Leffet de llancement des poteaux en BHP Les recommandations des prsents codes de constructions sur le BHP restent une

issue controverse. Quelques problmes, du point de vue conception tel que :

Une formulation unique du critre de rupture na pas t tablie

16

Le manque dinformation sur la rsistance la compression des BHP

Rfrences bibliographiques

1. International Association of Fire Safety Science Symposium, Worcester, MA., June 2002, pp. 1013-1024

2. Doughill, J. W., The relevance of the established method of structural fire testing to reinforced concrete, Applied Materials Research, 5, N4. Oct. 1996, p.235

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6. Anderson F.D., 72-Story high rises with 83MPa Fly Ash concrete. A case history. 3rd International Conference on Fly Ash, Silica Fume, Slag ad Natural Pouzzolans in concrete, ACI SP 114-29, 1989, Trondheim.

17

CHAPITRE III : PARTIE EXPERIMENTALE3

3.1 Composition des BHP

3.1.1 Introduction Certaines tudes1, 2, 3 ont montres que pour augmenter la rsistance en compression

dun bton il suffisait de: Diminuer autant que possible le rapport E/C du bton; pour y arriver, on

diminue la quantit deau de gchage en utilisant de fortes doses de fluidifiant; Slectionner en un lieu donn le couple liant/fluidifiant le plus efficace, tant du

point de vue rhologique (perte daffaissement) que du point de vue rsistance mcanique;

Utiliser les granulats suffisamment rsistants et adhrents pour retarder le plus possible lapparition de fissures catastrophiques, au sens de la mcanique de la rupture, lorsque le bton est soumis des efforts croissants.

Les exigences auxquelles doit satisfaire le bton haute performance par rapport au

bton ordinaire sont sensiblement plus leves par rapport la qualit des composants du bton et du coffrage, la nature et la frquence de contrle du bton frais ainsi que la formation du personnel 4. Les BHP se distingue par rapport au bton ordinaire par:

Sa microstructure Des tudes ralises par Malier5, ont tabli les liaisons entre lamlioration des performances du bton dune part, et la densification de la matrice et de linterface pte de ciment-granulats dautre part. Ainsi lobservation de la microstructure a montr que:

Dans des BHP de 65 MPa, ralis sans fume de silice, la porosit capillaire est rduite par rapport celle du bton ordinaire. La texture des hydrates reste cependant la mme et linterface pte de ciment-granulats est encore poreuse et cristallise;

Dans des BHP de 105 MPa, avec des fumes de silice, la matrice est parfaitement homogne, dapparence amorphe. Les particules de fumes de silice, uniformment reparties entre les grains de ciment sont des sites de nuclation des hydrates. La porosit capillaire est rduite et discontinue, contrairement celle des autres btons qui est interconnecte. Les particules de fumes de silice jouant un rle de filler et de pouzzolane, densifient linterface pte de ciment-granulats. La rupture est alors transgranulaire, alors quelle est interganulaire dans les autres btons. De plus, la fume de silice adsorbe lexcs des molcules deau qui migrent plus vers les granulats. Labsence de ressuage limine laurole de transition.

Sa mise en oeuvre La suppression du seuil de cisaillement dans la pte de ciment ltat frais par ajout de

superplastifiants conduit un bton scoulant aisment, bien quayant un aspect visqueux et collant. La mise en place, le pompage sont des oprations particulirement facilites.

Son comportement mcanique Au-del du gain de rsistance la compression, notons tout lintrt de laccroissement

de la rsistance la traction et au cisaillement dans tous les problmes valorisant ces proprits (rsistance des poutres leffort tranchant, mur de refend, problme de charges locales et de poinonnement).

Sa durabilit

18

Le bton, matriau poreux, est caractris par la rpartition de la taille des cavits et leur connectivit, par les discontinuits de micro-texture comme les joints de grain et par la cristallinit des hydrates. A cette porosit est associe une permabilit qui favorise les transports de fluide susceptibles de crer expansion, fissuration et corrosion des armatures.

Les BHP rsiste mieux aux attaques chimiques que les btons traditionnels. La

rsistance aux cycles gel-degel, montre le bon comportement des BHP qui ont un rseau de pores tellement fin que la glace ne se forme pas durant le gel, mme si le bton est satur en eau.

3.2 Microstructure des BHP 3.2.1. Introduction Un bton de ciment Portland est un matriau htrogne et poreux. La matrice qui

agglomre les grains de sable et les granulats est constitue de diffrents hydrates dont les plus nombreux sont les silicates hydrats C-S-H qui peuvent tre fibreux et Ca(OH)2 qui cristallise en plaquettes hexagonales massives et superposes. La porosit totale dune pte de ciment portland est de 25 30% en volume pour un E/C = 0.5. Ce volume poreux comprend deux familles de cavits :

a) les pores de la structure du C-S-H, leur taille est de quelques nanomtres, b) les pores capillaires entre les hydrates , les bulles dair, les fissures ; leur taille varie

de quelques 100 nm quelques mm. La faiblesse des performances mcaniques du bton a t attribue la porosit

capillaire et a lexcs deau ncessaire la maniabilit du bton frais. Une amlioration a t atteinte par divers procds rduisant la porosit (imprgnation, compression) et le rapport E/C (adjuvants).

3.2.2. Pte de ciment hautes performances Obstruer les pores capillaires ou extraire lexcs deau par serrage ou rduire le rapport

E/C par des fluidifiants sont des procds qui densifient la pte de ciment qui apparat alors plus homogne et plus amorphe que la pte de ciment conventionnelle.

3.2.3. Interface pte de ciment-granulat Dans le cas des btons ordinaires, linterface pte de ciment-granulat est mieux

cristallise, plus poreuse et moins rsistance que la matrice, en raison dun excs deau. Les caractristiques de la liaison pte de ciment-granulats comprennent la surface de fracture, la fissuration, la composition et la texture des hydrates.

3.3 Rapport eau-ciment Leau est un des ingrdients essentiels du bton, avec le ciment. Leau de gchage

remplie deux fonctions : une fonction physique qui confre au bton des proprits rhologiques dun liquide et une fonction chimique qui contribue au dveloppement de la raction dite dhydratation. Les particules de ciment qui prsentent de trs nombreuses charges lectriques superficielles non satures ont une forte tendance floculer lorsquelles sont mises en contact avec un liquide aussi polaire que leau. La raction dhydratation se manifeste aussitt que le ciment est mis en contact avec leau. Ceci est due au fait que certains composs du ciment, le C3A en particulier, sont trs ractifs et que les ciments Portland actuels prsentent de trs fines particules de lordre de quelques micromtres qui sont trs ractives. Les principaux facteurs qui affectent la porosit de la pte de ciment

19

hydrat sont le rapport de leau disponible au volume de la phase de silicates qui peut shydrater et la quantit dair pige durant le malaxage.

En tenant compte du rle prdominant du rapport eau/ciment sur la pte de ciment hydrat, en 1972, certains chercheurs 5 ont pu battre des records de rsistance en utilisant une technique de consolidation trs haute pression (350 MPa) et une temprature de mrissement trs leve (250C pendant 2 heures), ont fabriqus des ptes de ciment qui avaient un rapport eau/ciment aussi faible que 0.093 et une rsistance la compression de 470 MPa 28 jours.

En conclusion, la rsistance dune pte de ciment hydrat peut tre amliore en considrant de faon plus dtaille les remarques suivantes :

Porosit: un grand nombre de gros pores ou de vides de diamtre suprieur 50nm, concentrs en un endroit donn, peuvent diminuer considrablement la rsistance dun matriau;

La taille des granulats: en gnral, la rsistance dune phase cristalline augmente lorsque la taille des grains diminue;

Htrognit: avec des matriaux multiphasiques, les htrognits microstructurales sont une source de perte de rsistance.

Pour pouvoir amliorer la rsistance de la pte de ciment hydrat, il est absolument ncessaire dappliquer ces trois principes sa microstructure 6,7.

Dans le processus de fabrication du bton haute rsistance, il est indispensable de rduire le rapport Eau/Ciment. Ce rapport varie de 0.4 0.7 pour le bton ordinaire alors que ce rapport varie entre 0.2 0.38 pour le bton haute rsistance 8. De tel rapport rduit, fait que le mlange soit sec, dur et trs difficile malaxer. Pour augmenter son ouvrabilit, un super fluidifiant est ajout dans la gche. Ce super fluidifiant facilite le processus de malaxage, de compactage ainsi que sa mise en uvre dans les coffrages.

3.4 Granulats Lautre paramtre crucial dans le mlange de bton hautes rsistances est le rapport

des gros granulats sur les granulats fins. Trs peu a t fait afin doptimiser les caractristiques des granulats fins des BHP. Selon une tude rcente7, lutilisation des granulats fins est trs recommande du fait de sa faible demande deau et de ces effets sur la stabilit du bton frais. Il est recommand aussi dutiliser du sable de rivire comme composant des BHP, puisque les constituants des BHP sont trs riches en particules fines. Pour produire le bton hautes rsistances il est conseill dutiliser un rapport de gros granulats sur granulats fins de 2/1. La grosseur des granulats dans le bton influe dune manire significative sur la rsistance en compression. Dautres facteurs tels que la forme et la taille des granulats peuvent effectivement affecter la rsistance du bton. Les btons lgers sont fabriqus avec des granulats lgers tel que la cendre volante, le clinker, et la perlite. La particularit de ces granulats lgers, ils sont moins denses. Les btons fabriqus avec ces granulats donnent toujours une rsistance assez leve, et de bonnes qualits disolation compares avec ceux ayant des granulats denses.

3.4.1 Granulats base de calcaire Le bton fabriqu avec des granulats base de calcaire est considr comme un bton

ayant des qualits dsirables du fait quils ne dsintgrent pas lorsquil est soumis un feu, comparativement avec ceux base de silice, qui se comportent moins bien vis--vis du feu.

20

3.4.2 Granulats base de silice Les granulats base de silice sont connus pour leur expansion durant un feu, ce qui

entrane une dsintgration de ceux-ci. Dautres types de granulats peuvent tre utilis tel que le granite. Il est recommand dutiliser dans le mlange, des granulats ayant une surface sche; ce qui va garantir un meilleur contrle de leau du gchage.

3.5 Adjuvants Les btons haute performance utilisent moins d'eau lors de leur mise en uvre. Des

adjuvants (naphtalnes sulfontes ou drivs mlamins), ajouts au bton frais, jouent le rle de plastifiants. Ces adjuvants peuvent reprsenter de 2 4% de la masse de ciment. Les adjuvants comprennent les rducteurs deau, les super plastifiants et les entraneurs dair. Diffrents adjuvants influencent louvrabilit, ladhrence, ltanchit lhumidit, limpermabilit, le coulage, la formation de gaz et la facilit de pompage du bton. En effet ces adjuvants ont un effet rhologique, permettant de fixer, en partie, la chaux libre par l'hydratation du ciment, en donnant des silicates de calcium qui font galement prise par hydratation. Ces adjuvants, ont un trs fort pouvoir dfloculation des grains de ciment et des ultra fines. Ils limitent le bullage et amliorent le parement des btons. Les superplastifiants rducteurs deau, sont des polymres de synthse qui se prsentent sous forme de liquide, ajoutes en mme temps que l'eau de gchage. Il existe trois types de super fluidifiant liquide: base de Lignosulfonate, Mlanine sulfontes et Naphtalne formaldhyde, qui peuvent tre base de calcium ou bien de sodium. Il a t dmontr que les superplastifiants base de sodium donnaient une bonne ouvrabilit, sans effets secondaires.

3.5.1 Rducteurs deau Pour essayer de lutter contre cette tendance quont les grains de ciment floculer et

pour diminuer la quantit deau de gchage quil faut ajouter, on utilise des molcules organiques, bien connues pour leurs proprits dispersantes, connues sous le nom de rducteur deau. Celles-ci sont constitus de produit base dun dchet des usines de ptes et papiers: les lignosulfonates. Ces produits avaient lavantage dtre trs bon march et ne ncessitent pratiquement aucun traitement additionnel pour tre utilis avec succs dans le bton.

3.5.2 Fume de silice Laugmentation de la rsistance est obtenue par la rduction de la porosit du mlange.

Cette baisse de la porosit est obtenue grce lemploi conjoint de fume de silice, qui, notamment par la taille de ses grains, comble les vides entre les grains de ciment, et dadjuvants super plastifiants qui d floculent les grains et amliorent le processus dhydratation. On obtient ainsi une multiplication par trois ou quatre de la rsistance en compression par rapport un bton ordinaire, une meilleure maniabilit du matriau et une forte diminution de sa permabilit. Le surcot est plutt faible et sa mise en uvre relativement facile. Lutilisation des fines devrait donc progresser notamment dans les btiments de grande hauteur et les ouvrages dart. La fume de silice qui est un sous-produit de la production du silice ou dalliages de silice, peut tre sous forme de poudre ou bien de pte. La fume de silice peut remplacer le ciment, il suffit dune part de fume de silice pour remplacer quatre parts de ciment tout en maintenant la quantit deau constante. La fume de silice peut tre utilis dans diffrents dosages entre 1% et 20 du poids du ciment.

21

3.5.3 Dosage en fluidifiant La dose du super fluidifiant utilise dans le mlange est limite de 1 2.5% (du poids

du ciment) pour optimiser laugmentation de louvrabilit tout en maintenant la rsistance du bton. Etant donn que, dans les btons hautes performances, il est trs important de contrler de faon trs prcise le rapport E/C. Il est absolument impratif de savoir corriger la quantit deau de gchage pour tenir compte de la quantit deau apporte par la solution de fluidifiant.

En conclusion, lutilisation des fumes de silice et des ajouts cimentaires, lorsquils sont disponibles un prix comptitif, est bnfique lorsquon fabrique des BHP parce que lon peut ainsi rduire les cots de fabrication.

3.6 Cure La cure a une grande influence sur les proprits finales du bton. Le bton soumis

7 jours de cure lhumidit atteint 75 % et 100 % de sa rsistance nominale aprs 7 jours et 180 jours respectivement. Par comparaison, le bton soumis 3 jours de cure natteint que 80 % de sa rsistance nominale et le bton qui nest soumis aucune cure natteint que 55 % de sa rsistance nominale. Pour maintenir lhumidit, on couvre le bton dune pellicule plastique ou on applique des produits de cure par vaporisation. On retient ainsi leau dans le bton en empchant lvaporation. Sur les surfaces planes, on peut ajouter de leau par arrosage ou recouvrir le bton dune nappe deau, de films impermables, de sable mouill ou de jute ou de paille imbibe deau. Dans le cas du bton coffr, le fait de garder les coffrages en place aide maintenir lhumidit dans le bton. Pour obtenir une cure adquate, il faut aussi surveiller la temprature. La temprature idale est de 15C, le maximum tant de 32C et le minimum, de 4C. Par temps chaud, on utilise de leau frache pour garder le bton frais. Par temps froid, on empche le bton de perdre sa chaleur en utilisant des matriaux isolants ou des coffrages ou des abris chauffs. Lhydratation du ciment gnre de la chaleur qui sera utile si elle est conserve dans le bton par un isolant.

3.7 Production des BHP Le problme principal dans la production tait la qualit du matriau juste avant le

coulage. Des tests ont t effectues pour dterminer les proprits du bton frais dpendant du temps, savoir la maniabilit 12. Les BHP ont t produit dans plusieurs usines conventionnelles 13, avec les matriaux locaux, lapplication des principes simples telle que la dfloculation des grains de ciment ainsi que lajout cimentaire, permet, sans majorer le prix de base du bton de faon sensible, dobtenir des btons hautes performances qualifis, en terme de rsistance caractristiques la compression par des deux valeurs comprises entre 60 et 80 MPa. Une approche plus fine, un choix plus strict des constituants de base, une acceptation dun accroissement du prix plus sensible, une obligation absolue dutiliser les deux voies prcdemment cites peuvent conduire dj, dans les conditions dun processus industriel, lobtention de rsistances comprises entre 90 et 140 MPa. Enfin, une approche de nature diffrente faisant lobjet des constituants trs slectionns (ciment et granulats de qualits exceptionnelles, adjonction de polymres) de nouveau types de fonctionnement (confinement) peut permettre datteindre des rsistances mcaniques de plusieurs centaines de mgapascals et ouvrir ainsi le champ de nouvelles applications de ces btons hyper-performants.

3.8 Conclusion

Les BHP sont des btons qui ont une trs faible porosit qui sobtient en utilisant moins deau de gchage par rapport aux btons ordinaires, de telle sorte que, la partie liante du bton les particules de ciment et dajouts cimentaires sont trs rapproches les unes aux

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autres. Au fur et a mesure que la porosit de la pte de ciment dcrot , la rsistance du bton augmente tant et aussi longtemps que les granulats, particulirement les plus gros, sont suffisamment rsistant. Ainsi, la slection et la composition des ingrdients dun BHP sont beaucoup plus critiques que dans le cas des btons ordinaires.

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ralit, dans les btons a hautes performances- Caractrisation, Durabilit, Applications, dit par Y. Malier, Presses de lEcole Nationale des Ponts et Chausses, ISBN 2-85978-187-0, p95-114.

23

CHAPITRE IV : COMPORTEMENT DU BHP AU FEU

4.1 Introduction Le comportement des structures en BHP soumis au feu peut, en gnral, peut tre

divis en deux : une partie comportement du matriau et une partie comportement structural. La rsistance au feu des BHP, sur le plan comportement du matriau se caractrise par lirrversibilit de la chute de la rsistance (en compression cf ) et de la rigidit lastique (module dlasticit). Le bton est un matriau dont le comportement est contrl par celui des granulats et par celui de la matrice pte-ciment. Normalement, le granulat quand il est chauff se dilate. Par contre, lintrieur de la matrice, deux influences opposes sont en action. La dilatation thermique est rduite ou bien soustraite par le retrait d lchappement de leau. Donc la dformation nette de la pte de ciment chauffe peut tre en expansion ou bien en contraction, cela dpend du rgime et de la dure de lchauffement. Les diffrences dans les dformations thermiques libres des granulats et de la matrice crent des contraintes internes dans le bton qui influencent directement sur la capacit portante de llment et provoque petite chelle des fissures, rsultant en une perte de rsistance et de rigidit.

4.1.2 Les BHP vis--vis du feu La diffrence entre les BHP et le bton ordinaire, du point de vue comportement, se

rsume en deux points essentiels 8, savoir: La diminution relative de la rsistance des tempratures de 100C 400C Lclatement explosif des spcimens en BHP ces tempratures intermdiaires.

En terme de perte de rsistance, des tudes 8,9, ont montres que pour des tempratures intermdiaire entre 100C et 400C, les BHP peuvent perdre jusqu 40 % de sa rsistance temprature environnante, une rduction de 20 30 % plus que le bton ordinaire dans les mmes conditions. En terme dclatement explosif, qui fait rfrence une soudaine et violente rupture des couches superficielles du bton chauff, il a t observ dans des tests de laboratoire 10 que les BHP sont susceptible au feu par rapport au bton ordinaire, mme si le rgime dchauffement est moins de 5 C/min qui est un peu moins dun feu rel. Par contre ce phnomne reste toujours incompris.

4.1.2.1 Diffrents tests de rsistance au feu La rsistance au feu dun lment de construction est dtermine en conduisant des

tests, en accord avec le BS 476 Pt 20 (Euro Code 2.Pt12). La procdure implique lexposition de llment de construction ou lensemble du prototype, un feu qui reproduit fidlement les conditions idales suivant la courbe standard de temprature-temps. Llment tester doit avoir les dimensions de llment et autres proprits standard.

Les tests de rsistance au feu sont utiliss dans le but de 5: Atteindre la classification standard dans le but dtre ou ne pas tre accepte par les

institutions de normalisations. Essayer de mieux comprendre le comportement des matriaux tests. Etablir des paramtres afin de prdire le comportement dautres types dassemblages ne

pouvant pas tre appropris pour certains tests et fournir des donnes pour une estimation analytiques de la rsistance au feu.

24

4.1.2.2 Courbe normalise dvolution de la temprature Deux courbes dvolution de la temprature ont t dans tout travail exprimental,

savoir la courbe ISO834 (ou BS476, selon la British Standard) en rgime lev (H.H) et la courbe rgime bas (L.H), connue sous lappellation : "Low cooking"

Figure 4.1 Courbe dvolution de la temprature

Quand un lment est soumis un test vis--vis du feu, il doit tre soumis une temprature dfinie par lexpression :

af t 18ln345 (4.1) Avec f : Temprature du four (C) a : Temprature ambiante a t = 0 min (C) t : Temps en minutes du dbut du test Cette courbe dvolution de la temprature lintrieur du four est connue, selon les normes Anglaises, la courbe dvolution de la temprature, sous la rfrence BS 476 (figure 4.1).

4.1.2.3 Interprtation des tests raliss dans un four Lquation 4.1 permet de calculer la dure durant laquelle le spcimen, en conformit

avec les rglements, doit rsister au feu, nest pas ncessairement la mme dure que celle de la ralit. Par exemple, une heure de rsistance au feu ne veut pas dire que le spcimen va rsister un feu rel durant une heure, mais en vrit il va rsister un feu dont sa svrit correspond une heure de test dans un four. En plus, la question se pose sur la continuit de la structure et le blocage thermique, dans un feu rel. Il ny a pas de continuit de lchauffement dans la totalit du spcimen dans le four durant le test et que la structure est capable de transfrer la chaleur des parties loignes de la source, produisant ainsi un vier de chaleur, et que celle-ci sera difie de manire alatoire, comme la temprature de la flamme et la consommation dnergie.

Des tests grande chelle 12, ont montrs que dans le cas dun feu, la temprature varie normment. Un feu initialement moins important, peut varier rapidement, un feu trs important pouvant aller jusqu plusieurs heures. Il faut noter que, dans bon nombre de cas, le taux dchauffement dans un feu rel est plus lev que celui des courbes standard

4.1.2.4 Pte de ciment sous leffet des tempratures leves Lchauffement de la pte de ciment durci provoque la dshydratation par absorption

et par dcomposition des hydrates. Ceci peut causer un retrait et donc un changement de la

0

200

400

600

800

1000

1200

Tem

pra

ture

(C)

ISO834 / Regime dechauffement elevee

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Temps (min)

Regime dechauffement Bas

25

densit du bton, et modifie les forces liants les miniscules particules de cristaux composant la pte de ciment. Dans ce cas le schage affecte les dimensions, la rigidit ainsi que la rsistance de la pte durcie. Une petite augmentation de la temprature, entrane une augmentation de la rsistance, puisque leau svapore et la structure de la pte, en schant, devient plus compacte. Par contre, lexposition de celle-ci de tempratures leves, entrane une dcomposition et une perte de rsistance, aux environ de 300 C. Les changements chimiques qui se produisent dans la pte de ciment lors dune exposition au feu ne sont pas bien connus part celui de la couleur.

4.1.3 Proprits mcaniques du bton haute temprature

4.1.3.1 Rsistance la compression des BHP Evidemment, la rsistance la compression des BHP est plus leve que celle du bton

ordinaire et quil nest pas aussi facile quon le pense de la mesurer correctement lorsquelle dpasse 60 MPa. Comme dans le cas des btons ordinaires, la rsistance la compression des BHP augmente quand le rapport eau/liant diminue, mais, linverse des btons ordinaires, cette loi du rapport eau/liant reste valable jusquau moment o la rsistance lcrasement du gros granulat entrane la rupture des BHP. Quand les gros granulats ne sont plus suffisamment rsistants par rapport la rsistance de la pte de ciment hydrat, la rsistance la compression des BHP naugmente plus de faon significative au fur et mesure que lon diminue le rapport eau/liant. La seule faon alors daugmenter cette rsistance est donc dutiliser un type de granulat plus rsistant. Mme lorsque le gros granulat est suffisamment fort pour ne pas tre le facteur principal qui limite la rsistance la compression dun BHP, il peut tre encore trs difficile de dgager une relation gnrale entre le rapport entre eau/liant et la rsistance la compression qui peut tre atteinte puisque dautres facteurs que le rapport eau/liant influencent la rsistance la compression comme le montre le tableau 4.1. Une tude ralise par Faris et al 14, a permis de conclure que le rapport eau/liant, grosseur des granulats, la prsence ou pas de fume de silice, tous ces paramtres influent les uns sur les autres.

Tableau 4.1 Rsistance la compression des BHP en fonction du rapport eau/liant

E/L Variation de la rsistance en compression

0,40-0,34 50 75 MPa 0,35-0,30 75 100 MPa 0,30-0,25 100 125 MPa

0,25-0,20 Plus de 125 MPa

4.1.3.2 Effet de la temprature leve sur la rsistance la compression Les BHP sont employs principalement dans les structures ayant de trs grandes

charges de compression, do ltude dun des aspects les plus importants de nimporte quelle analyse, leffet des tempratures leves sur la rsistance la compression. Diffrentes mthodes sont utilises pour tester les spcimens sous le feu. Parmi les plus importantes, la mthode dite Stressed mthod qui implique un pr chargement dun chantillon jusqu 20-40 % de sa capacit avant de le mettre temprature jusqu' la rupture. Lautre mthode dite Unstressed Rsidual mthod qui consiste chauffer

26

lchantillon la temprature dsire ensuite aprs refroidissement, tester jusquau point de rupture. Selon certains chercheurs15 durant un test, la rsistance est infrieure dans le cas de la mthode unstressed que celle de la mthode stressed et si le bton est charg pendant quil est chauff il en rsulte une perte de rsistance relativement faible 8. Phan et al 16, suggre que la mthode dite stressed est adquate, lors des tests de performance de poteau en bton sous le feu.

Figure 4.2 Comparaison des rsistances du bton ordinaire et les BHP

Une comparaison entre les rsultats des contraintes et la courbe de calcul fournit par le

Comit Europen du Bton 17 et lEuro code 2 est montre sur la figure 4.2. Le bton en gnral, peut perdre approximativement 25% de sa rsistance la compression quand il est soumis une temprature qui avoisine les 300 C et 75% quand il est expos une temprature de 600 C. Le module dlasticit est rduit dans les mmes proportions 16. La relation contrainte-dformation du bton est modifie quand il est expos au feu.

Un bton classique, pour tre coul, demande une quantit d'eau suprieure l'eau

ncessaire la seule hydratation du ciment. Lors de la prise du ciment, cette eau est chasse du bton lors de son lvation de temprature (les ractions d'hydratation sont exothermiques). Les vides crs par le dpart de l'eau diminuent la rsistance du bton. Williamson et Rashed 18 ont investis les effets du volume de la fume de silice sur la perte de rsistance la compression du bton avec la temprature (Figure 4.3). A partir de cette figure on peut voir que lajout de fume de silice a un effet sur la perte de la rsistance la compression haute temprature.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 200 400 600 800 1000

fc/fc

(20

C)

BHP

Bton Ordinaire

Temprature ( C)

27

Figure 4.3 Rsistance dun bton avec diffrents volumes de fume de silice en fonction de la

temprature

La rsistance la compression sous feu se fait en trois phases principales 18. Une perte initiale de rsistance (100-300C) Une augmentation de la rsistance la compression (300-400C) Une diminution graduelle la rsistance la compression (400-700C)

La perte initiale de la rsistance est due au fait que le bton haute performance a une

grande densit donc moins de pores, ce qui retarde lexpulsion de leau absorbe, entranant donc la perte initiale de rsistance. Laugmentation de la rsistance la compression, suivi dune expulsion de leau absorbe a t attribue une rigidit totale de la pte de ciment due labsence dhumidit. Au dessus de la temprature 400C, la dshydratation de la pte de ciment provoque le retrait coupl avec lexpansion de granulats, provoquant un caillage graduel des liants, rduisant ainsi progressivement la rsistance du bton.

En conclusion, lavantage incontestable des btons ordinaires en tant que matriaux de

construction est leur trs bonne rsistance au feu, rend les structures en bton parmi les plus scuritaires en cas dincendie. Le bton est utilis pour protger lacier structural contre le feu. Mme si la capacit structurale du bton diminue quand il est expos une trs haute temprature, cette diminution nentrane pas leffondrement de la structure. Les BHP ne sont pas des matriaux aussi poreux quun bton ordinaire, il ne contient pas deau libre et, quand il est sujet une augmentation rapide de temprature, il a tendance cailler. Cependant, les armatures dacier peuvent diminuer cet caillage et aider llment structural conserver suffisamment de force rsiduelle pour maintenir lintgrit de la construction.

4.1.3 3 Comportement en compression en conditions transitoires Les rsultats obtenus jusqu prsent ont t raliss sur des spcimens maintenus des

tempratures leves durant une priode de temps avant dtre tests. Il y a peu de rsultats concernant le comportement du bton dans des conditions transitoires qui sont en relation avec le feu. Les travaux entrepris par Gustaferro 19, Fisher 20, et Purkiss 21, ont permis de donner une image qualitative des conditions transitoires. Lexpansion thermique dun spcimen non charg, sans restriction, quand il est chauff (lentement) et ensuite laiss se

0102030405060708090

100

20 320 520 700

Fact

eur d

e r

duct

ion

de R

sis

tanc

e

Temprature (C)

0%

8%

16%

28

refroidir, est illustre sur la figure 4.4. Quand la temprature, est moins de 300C, la quantit de fissures qui se produit du fait des diffrences dans les mouvements thermiques de la pte de ciment et des granulats nest gure significative. Le mouvement thermique est intermdiaire entre celui des granulats et la pte. La pte, une fois sche, rtrcit. Il ny a pas de regain de retrait une fois le spcimen froid. Donc il y a un raccourcissement rsiduel du bton aprs un cycle dchauffement et de refroidissement. Le retrait a t, bien sre, acclr par lchauffement du spcimen.

Figure 4.4 Spcimen en bton chauff et bloqu.

A haute temprature, du fait de lincompatibilit thermique les contraintes dveloppes

sont plus grandes et peuvent causer des fissures. Celles-ci se dveloppent principalement entre les granulats et la pte de ciment. La structure du bton est donc affaiblie, et la pte de ciment nest plus capable de retenir lexpansion des granulats. Le rsultat est que lexpansion thermique du bton sapproche de celle des granulats. La fissuration est irrversible, ce qui entrane de larges expansions rsiduelles du fait du refroidissement. Ceci illustre donc la relation complexe entre le schage, les mouvements thermiques des composants et la fissuration.

4.1.3.4 Module dlasticit des BHP Dans le cas du bton hautes performances la quantit de la pte peut tre plus

grande que celle de granulats et donc le lien tant plus faible. Si le granulat est plus fort que la pte, alors il y a un transfert de contrainte linterface entre granulats et la pte. Le module dlasticit des BHP dpendra du type de granulat utilis. La relation qui lie la valeur du module de dformation longitudinale celle de la rsistance la compression reste valable pour les BHP, quelle que soit la formule retenue du fait de la dispersion des rsultats exprimentaux. La formule utilise pour calculer le module dlasticit tant comme suit 23:

E = 'ca f2.0Elog6.4152 (GPa) (4.2)

Ou Ea : est le module dlasticit des granulats

'cf : Rsistance la compression du bton

Le coefficient de Poisson des BHP reste de lordre de 0.20 0.25

Spcimen chauff

Ressort rigide

Temprature Constante Refroidissement Echauffement

Temps

Tem

pra

ture

(C

)

29

4.1.3.5. Fluage des BHP Ce phnomne peut tre observ, avec la mme intensit, en traction, en torsion, etc. Il

dpend de plusieurs paramtres tels que la nature du bton, lge de mise en charge et, surtout des conditions ambiantes. Ds quon dcharge un spcimen, on observe une diminution instantane des dformations, suivie dune diminution diffre appele recouvrance. Le fluage dpend essentiellement de :

La charge applique : sous des charges modres, on peut considrer quil est proportionnel la charge applique, donc la dformation instantane, au del de 50 % de la charge de rupture, il croit cependant plus vite que la contrainte.

La nature du bton, de la mme manire que la dformation instantane, sauf pour le bton lger.

Le fluage des BHP est infrieur celui des btons ordinaires. Cependant la

dformation totale, instantane, diffre, reste du mme ordre de grandeur car, si le fluage est moindre, la dformation est plus leve du fait de la plus grande contrainte applique. Le coefficient de fluage , rapport de la dformation diffre de fluage la dformation instantane, dcrot fortement. De lordre de 2 pour les btons ordinaires, il est rduit 1, pour les btons de 60 MPa et 0.50 pour les btons de 100 MPa.

4.1.3.5.1 Leffet double de la temprature sur le fluage des BHP Sous leffet de la temprature, lexpansion du bton est gne par le systme de

restriction et les contraintes de compression qui sont induites dans le spcimen. Ces contraintes de compression sont rduites parce quil y a fluage du bton. Le taux de fluage augmente avec laugmentation de la temprature. Il y a donc deux influences opposes tant que la temprature augmente. Ceux-ci sont des restrictions contre lexpansion thermique, qui tendent augmenter la magnitude des contraintes de compression induites et le fluage qui permet son tour, de relaxer ces contraintes. A basse tempratures, les effets du fluage sur une priode de quelques heures ne sont pas trs importants, et leffet de lexpansion thermique prdomine avec laugmentation des contraintes ainsi que laugmentation de la temprature.

A haute temprature, leffet du fluage est plus important, et dpend du taux

dchauffement, une tape peut tre atteinte durant laquelle le taux de relaxation est plus grand que celui durant laquelle, la contrainte est induite par expansion thermique. Dans ce cas, laugmentation de la temprature, aussi modre soit elle, provoque des contraintes maximales et ensuite dcrot encore, avec une augmentation de la temprature. Ce type de comportement a t tudi par certains laboratoires 19. Avec le fluage jouant un rle important dans la dtermination de la magnitude de la contrainte induite, bien sre, la diffrence entre les rsultats obtenus dpendra du taux de lchauffement. Avec un taux lev dchauffement, et avec une lgre augmentation de temprature, leffet du fluage rduit lgrement les contraintes. Donc les grandes contraintes peuvent tre induites dans un membre restreint, si lchauffement est suffisamment rapide. Il est concevable que ces contraintes puissent atteindre les valeurs maximales dun matriau (la rsistance conventionnelle). Il peut y avoir des situations, quand on augmente la temprature, poussant ainsi la dformation dans le bton au del du sommet des contraintes correspondantes causant une instabilit et une rupture catastrophique 29.

Leffet du fluage durant un chauffement est de rendre le spcimen libre des

contraintes un peu moins, quil tait initialement. Cest pourquoi, il peut y avoir des contraintes rversibles pendant le refroidissement, rduisant la contrainte de compression

30

zro et des contractions supplmentaires du spcimen qui est bloqu par le portique. Les contraintes de traction sont induites pendant le refroidissement, et peuvent provoquer des fissures srieuses30. Jusqu prsent, le problme de lexpansion thermique ne peut tre exprim seulement en termes de qualit. Il ny a pas de thories acceptables qui permettent de prdire avec prcision le mouvement thermique, et la fissuration du bton, soumis aux tempratures leves. La situation est plus complexe quand le bton est chauff sous chargement ou bien llment structural est restreint contre lexpansion thermique.

La figure 4.5 illustre le comportement dune prouvette en bton sous charge et

chauff haute temprature. Une charge applique sur le spcimen modifiera linfluence des contraintes induites dans la pte de ciment et les granulats par la chaleur ainsi que la fissuration. Les rsultats des travaux ralis par Fischer 20, confirms par Abrams 4, sur les effets des tempratures leves sur le module de Young, montrent que la prsence dune charge lors dun chauffement dun spcimen initie, la fissuration du bton, du fait de lincompatibilit thermique. Comme la fissuration devient moins importante, les mouvements thermiques du bton sont influencs par le retrait de la pte du ciment. Cette tendance vers la contraction sajoute leffet du retrait. Cette combinaison deffet fait que, le spcimen se contracte, aprs une priode initiale dexpansion.

NS/RR : Non Comprime, Rsistance Rsiduelle aprs un chauffement et 7 jours aprs refroidissement 21C. NS/TC : Non Comprime, Teste chaud S/40% et 25% : Comprime 40%, (Partie suprieure du graphe) et 25% (Partie infrieure).

Figure 4.5. Effet de la temprature sur la rsistance la compression des granulats base de

silice.20

4.1.6 Proprits thermiques Il a t bien tabli que les proprits du bton sont modifies quand il est expos au feu. Il a t report que lexposition au feu met les lments structuraux en bton un gradient thermique lev et que les couches superficielles chaudes ont tendance se sparer et sclater de lintrieur froid de la section. Il a t report aussi que la perte de rsistance a t observe des tempratures leves et que la perte de rsistance est grande plutt dans le bton satur que dans le bton sec. En plus, un taux dhumidit lev contribue lclatement du bton sous le feu. Lclatement du bton quand il est soumis au feu est moins important quand le taux dhumidit est en quilibre avec lair. La perte de rsistance est importante pour les mortiers dont la quantit de ciment est leve. La rsistance est grande, grce aux particules les plus fines de fume de silice qui agissent comme des

0

20

40

60

80

100

120

21 200 400 600 700 800 Temperature (C)

Res

ista

nce

la

com

pres

sion

(%)

NC/RRNC/TCC/40% et 25%

31

lments de remplissage, augmentant ainsi la densit de la pte du ciment et diminuant sa porosit. En chauffant, la pte de ciment durci, perd son eau par schage et par dcomposition des hydrates. Par contre, du fait, de la faible porosit des BHP, ce qui limite le schage haute temprature et rsulte en une perte de rsistance due lhumidit retenue dans la pte. Le type de granulats a aussi une grande influence sur le comportement du bton haute temprature. Ceci, est d principalement au volume des granulats lintrieur du bton (entre 60-70% en volume) ainsi que le comportement du matriau. Un bton avec des granulats base de silice, a une rsistance rduite. Les granulats base de calcaire se comporte mieux vis--vis du feu que les granulats base de silice. Mais du fait de sa trs forte rsistance la compression, la silice reste quand mme largement utilise dans le bton. Les proprits thermiques dun matriau sont influences par le transfert du taux dchauffement. La diffusivit thermique dun matriau est la mesure principale du transfert de lchauffement, mais elle est influence par la densit, la conductivit thermique et la capacit spcifique de la chaleur.

4.1.6.1 Densit et conductivit thermique La densit des BHP est largement leve par rapport au bton ordinaire. A haute

temprature, la variation de la densit des BHP est ngligeable.

Figure 4.6. Conductivit thermique du bton ordinaire et du bton lger.31 La figure 4.6 montre la variation de la conductivit thermique en fonction de la

temprature. La conductivit thermique du bton dpend largement de la densit et de lhumidit contenue dans le bton.

4.1.6.2 Dformation thermique Selon les travaux dirigs par Khoury 27 les dformations thermiques du bton peuvent

tre divis en deux composantes distinctes : La dformation thermique libre La dformation thermique induite par chargement

Les rsultats de ces travaux, impliquent que la capacit des diffrents btons dissiper les contraintes est identique. Il en rsulte que ces contraintes sont proportionnelles aux dformations thermiques des granulats.

0

1

2

0 200 400 600 800 1000 1200

(C)

c (W

/m k

)

Bton LgerBton Ordinaire

32

4.2 Comportement structurel 4.2.1 Rsistance au feu des BHP En considrant le comportement dune structure vis--vis du feu, il est important de

reconnatre que la plupart des informations obtenues sur des chantillons, maintenus haute temprature, avant dtre chargs, ne sont les mmes conditions que dans un feu rel. Dans ce travail de recherche, lcaillage des BHP, constitue une des observations visuelles principales lors des tests effectus sur des poteaux soumis au feu. Ceci peut tre expliqu de la manire suivante : A lchelle du matriau, lcaillage est le rsultat de processus thermiques, hydriques et

mcaniques coupls. Outre lexistence de contraintes thermiques associes aux gradients de temprature au sein du bton (ce qui nest pas propre aux BHP), on observe dans les BHP ltablissement de pressions de vapeur trs leves. Elles trouvent leur origine dans la faible permabilit de ces btons qui limite svrement les transferts deau liquide et vapeur. Il sagit de leau prsente dans le rseau poreux mais aussi dans le gel de ciment dont la dshydratation seffectue en grande partie entre 180C et 300C. Ces processus sont contrls par des lois de comportement dont les paramtres, fonction de ltat de la microstructure, voluent avec la temprature.

A lchelle du composant de structure, il faut ajouter limportance de paramtres macroscopiques tels que la gomtrie et la taille de llment, la prsence darmatures, la prcontrainte.

Le bton haute performance est plus vulnrable aux tempratures leves compar

avec le bton ordinaire. Le rapport de Ali et al.34, conclu quune augmentation de la rsistance du bton peut augmenter la probabilit de lcaillage du bton et peut donc entraner une rduction importante de sa rsistance. Il y a plusieurs catgories dcaillages du bton, et parmi les plus rpandues, celles caractre explosif. Ce mode dendommagement est le plus dangereux et peut rsulter en une rupture de la structure. La svrit de lendommagement dpend du taux dhumidit. Ceci est due une augmentation de lnergie de dformation du bton de tempratures leves, transformant lhumidit en vapeur et la combinaison des contraintes thermiques avec laugmentation dhumidit causent lclatement du bton.

4.2.2 Facteurs influant sur le comportement au feu des BHP Les recherches menes par Ali et al. 34, Connolly et al.35, Sanjayan et al.36,

Akhtaruzzaman et al.37, montrent que la tenue au feu des BHP, en gnral, et lcaillage, en particulier, est influenc par les facteurs suivants :

1. La rsistance initiale du bton la compression 2. Sa teneur en humidit 3. Sa masse volumique 4. Lintensit du feu 5. Les dimensions et la forme des chantillons 6. Les armatures transversales 7. Les conditions de chargement 8. Le type des granulats.

Il est ncessaire de considrer ces facteurs en dtails, dans ce qui suit : 4.2.3 Rsistance du bton Selon une tude ralise lInstitut de Recherche dans la Construction Canadien

(IRCC) par Kodur 38, ou il est difficile de dfinir, une plage de rsistance ayant une

33

rsistance suprieure 55 MPa est plus sujette seffriter et il est possible quils rsistent moins bien au feu.

4.2.3.1 Teneur en humidit La teneur en humidit, exprime en humidit relative, influe sur le degr dcaillage.

Un taux dhumidit relative lev, provoque un caillage plus important. Les essais de rsistance au feu 36 auxquels ont t soumis des poteaux en BHP chelle relle ont montrs quil a y un caillage substantiel lorsque lhumidit relative est suprieure 80%. Le dlai ncessaire pour atteindre un niveau dhumidit relative acceptable (moins de 75%), dans le cas des pices de charpente en BHP, est plus long que dans celui des lments de structure en bton ordinaire en raison de la faible permabilit des BHP. Dans certains cas, par exemple dans les constructions en mer, les niveaux dhumidit relative peuvent rester levs tout au long de la priode de service de louvrage; il faut donc en tenir compte lors de la conception.

4.2.3.2 Masse volumique du bton La masse volumique du bton a t tudie par lIRC, en soumettant des essais de

tenue au feu des blocs en BHP ayant une masse volumique normale (comportant du granulat de poids normal) et des blocs lgers (comportant du granulat lgers). Il a t constat, que lcaillage est beaucoup plus marqu lorsquon utilise du granulat lger. Cela est surtout d au fait que ce dernier renferme plus dhumidit libre, ce qui occasionne une pression de vapeur plus forte lors de lexposition au feu.

4.2.3.3 Intensit du feu Les BHP seffritent beaucoup plus lors des incendies caractriss par des vitesses

dchauffement leves ou par la grande intensit du feu. A cet gard, les feux dhydrocarbures constituent une menace srieuse. Lorsque les BHP sont utiliss dans des ouvrages ou se trouvent des combustibles hydrocarbons, par exemple dans des constructions de forage en mer o dans des tunnels routiers, il faut tenir compte, lors de la conception, des probabilits dclatement du bton.

4.2.3.4 Dimensions des chantillons Lexamen de la documentation rvle que le risque dcaillage thermique explosif augmente avec la taille de lchantillon. Cela est d au fait que les dimensions de celui-ci ont un rapport direct avec le transfert de chaleur et dhumidit au sein de la structure, ainsi quavec la capacit des grands ouvrages stocker plus dnergie. Il faut donc porter une grande attention la taille des chantillons lorsquon value le problme de lclatement; les essais de tenue au feu sont souvent effectus sur maquette, ce qui peut donner des rsultats trompeurs.

4.2.3.5 Armatures transversales Lespacement et la configuration des attaches ont tous deux un effet important sur la

performance des poteaux en BHP 40. En rapprochant les attaches (du quart de la distance exige dans le cas des poteaux en bton ordinaire) et en les repliant 135 vers lintrieur du noyau du poteau, on amliore la tenue au feu. La mise en place dattaches transversales accrot aussi sa tenue au feu. Les essais de tenue au feu auxquels ont t soumis des poteaux en BHP, un confinement additionnel tant assur par le repliement des attaches vers le noyau des poteaux et par lutilisation dattaches transversales, ont rvls que lcaillage est ainsi rduit considrablement et quil est possible dobtenir une rsistance au feu plus de 4 heures, mme sous charge de service maximale.

34

4.2.3.6 Importance de la charge

Un lment de structure en BHP qui supporte une charge seffritera plus quune pice de charpente non mise en charge. La charge ajoute aux contraintes dues la pression interstitielle produite par la vapeur. Par ailleurs, plus la charge est grande, moins la tenue au feu est bonne, car la perte de rsistance qui accompagne la monte en temprature est plus grande dans le cas des BHP que celui du bton ordinaire.

4.2.3.7 Type des granulats

Des deux granulats utiliss couramment pour faire du bton, le granulat carbonate (surtout le calcaire) et le granulat siliceux (surtout le quartz), cest le premier qui assure la meilleure tenue au feu et la plus grande rsistance lclatement. Cela est surtout d au fait que le granulat carbonate a une capacit calorifique (chaleur spcifique) beaucoup plus grande, ce qui contribue a empcher lcaillage. Cette plus grande chaleur spcifique est probablement cause par la dissociation de la dolomie dans le bton a granulat carbonate.

4.2.5 Conclusions sur le comportement du bton Il faut comprendre que ces rsultats sont obtenus aprs achvement des tempratures

transitoires et sur des spcimens qui ne sont pas chargs, ce qui constitue des conditions diffrentes de celle dun feu. Du fait de ces effets de chargement, la rsistance du bton chauff des membrures des poutres ainsi que des poteaux dune structure charge, est plus grande, plus que les rsultats des tests obtenus en tat transitoire. Leffet du chargement sur les dformations durant un feu nest pas seulement additionn lexpansion thermique comme il a t suppos dans le cas de llasticit linaire et les thories simples. Un changement dans la charge modifie la potentialit de fissuration, ce qui affecte la rigidit un niveau de temprature particulier et donc aide dterminer la manire par laquelle travaille la pte du ciment et les granulats.

La plupart des donnes exprimentales ont t obtenues en utilisant du ciment

ordinaire (Ciment Portland) et des granulats denses. Jusqu prsent, il ny a aucune thorie gnralement acceptable qui peut tre utilise pour prdire le comportement du bton haute temprature sous charge ou restreint contre lexpansion thermique. Ce type de comportement, peut tre obtenue en considrant les effets de lexpansion thermique, du retrait, du fluage ainsi que celui de la fissuration, agissant tous ensemble 9.

4.2.6 Conclusions Les BHP ne sont pas des matriaux aussi poreux quun bton ordinaire, il ne contient

pas deau libre et, quand il est sujet une augmentation rapide de temprature, il a tendance cailler. Cependant, les armatures dacier peuvent diminuer cet caillage et aider llment structural conserver suffisamment de force rsiduelle pour maintenir lintgrit de la construction. Lexposition au feu met les lments structuraux en bton un gradient thermique lev et que les couches superficielles chaudes ont tendance se sparer et sclater de lintrieur froid de la section. Le bton en gnral, peut perdre approximativement 25% de sa rsistance la compression quand il est soumis une temprature qui avoisine les 300 C et 75% quand il est expos une temprature de 600 C. Le module dlasticit est rduit dans les mmes proportions.

35

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