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Ressuage des b´ etons hydrauliques Laurent Josserand To cite this version: Laur

Ressuage des b´ etons hydrauliques Laurent Josserand To cite this version: Laurent Josserand. Ressuage des b´ etons hydrauliques. M´ ecanique [physics.med-ph]. Ecole des Ponts ParisTech, 2002. Fran¸ cais. <tel-00005679> HAL Id: tel-00005679 https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00005679 Submitted on 5 Apr 2004 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entiﬁc research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ ee au d´ epˆ ot et ` a la diﬀusion de documents scientiﬁques de niveau recherche, publi´ es ou non, ´ emanant des ´ etablissements d’enseignement et de recherche fran¸ cais ou ´ etrangers, des laboratoires publics ou priv´ es. T TH HE ES SE E pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’ECOLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSEES Spécialité : Structures et matériaux présentée et soutenue publiquement le 11 octobre 2002 par Laurent JOSSERAND Sujet : R RE ES SS SU UA AG GE E D DE ES S B BE ET TO ON NS S H HY YD DR RA AU UL LI IQ QU UE ES S Composition du jury : Messieurs, Olivier COUSSY Président Henri VAN DAMME Rapporteur Kamal Henri KHAYAT Rapporteur François DE LARRARD Directeur de thèse Jean Pierre ILDEFONSE Conseiller d’étude Raoul FRANCOIS Examinateur Giuseppe MARCHESE Invité François CUSSIGH Invité Remerciements : Je souhaite tout d’abord remercier M. Henri Van Damme et M. Kamal Henri Khayat qui ont accepté la lourde tache d’être rapporteur de ce mémoire. je remercie également Messieurs Olivier Coussy, Raoul François, Giuseppe Marchese, François Cussigh d’avoir accepté de participer à l’évaluation de mon travail. Bien entendu, la palme des remerciements va à François de Larrard qui, plus qu’un directeur de thèse, fut un réel soutien durant ces quatre années de travail en commun. Le sujet qu’il m’a proposé fut enrichissant, motivant. Je remercie également Jean Pierre Ildefonse, pour son soutien, ses remarques constructives et, tout simplement pour sa gentillesse. Il n’a jamais cessé d’apporter son aide. Une thèse ne se bâtit pas seul, de nombreuses personnes ont participé à ce travail. Ils ne seront jamais assez remerciés pour leur soutien actif. Dans le désordre, je souhaite par conséquent présenter ma gratitude aux personnes suivantes : - LCPC : Thierry Sedran et l’équipe du SEM, Agnès Jullien - ESEM : Muzahim Al Mukhtar, Patrick Lecomte, Jacky Marie, Vincent Perthuisot et Brigitte Bruneau. - CALCIA : Arnaud Schartzentruber, Patrick Chevallier et Denis Kaplan. - Robert Eymard, Pierre Gelade, David Chopin Enfin un remerciement particulier et personnel à l’ensemble de mes anciens élèves que j’ai eu plaisir à former. Citons parmi eux Alan Carter, Ibrahim Boussari, Olivier Lyon, Bastien Mercadal, Sylvain Aujoulat, Edouard Henry, Elsa Martinez, Franck Berry. - Table des matières - 5 Table des matières Chapitre I : INTRODUCTION I.1. Conséquence du ressuage sur la qualité du béton 10 I.2. Conclusion 13 I.3. Démarche choisie 14 Chapitre II : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE Introduction 15 II.1. Phénoménologie du ressuage 16 II.2. Caractérisation expérimentale 18 II.2.1. Mesure directe du volume d’eau ressuée 19 II.2.1.1. méthode ASTM C232 II.2.1.2. Méthode de la norme suédoise II.2.1.3. Méthodes volumétriques par séparation au moyen d’un liquide dense II.2.1.4. Autres méthodes II.2.2. Mesure du tassement solide 22 II.2.2.1. Méthode visuelle de Powers II.2.2.2. Méthode de Khayat II.2.3. Mesure de la sensibilité au ressuage 24 II.2.3.1. Méthode par centrifugation II.2.3.2. Méthode par vibration II.2.4. Mesure des paramètres internes au matériau 25 II.2.4.1. Profil vertical de densité II.2.4.2. Pression interstitielle II.3. Paramètres influents 27 II.3.1. Paramètres non intrinsèques au matériau 28 II.3.1.1. Hauteur, diamètre et forme générale du moule II.3.1.2. Inclinaison de la génératrice du moule II.3.1.3. Qualité du malaxage II.3.1.4. Effet des vibrations extérieures II.3.1.5. Effet des conditions météorologiques II.3.2. Paramètres intrinsèques au matériau 31 L. JOSSERAND – Thèse de Doctorat Ressuage des bétons hydrauliques 6 II.4. Modèles existants 33 II.4.1. Position du problème II.4.2. Apport de POWERS et STEINOUR II.4.3. Apport de Buscall et Jennings II.4.4. Apport de Toorman, Tan et al. II.4.5. Apport de Clear et Bonner II.4.6. Modèles de perméabilité II.5. Conclusion de l’analyse bibliographique 42 Chapitre III : ETUDES EXPERIMENTALES 44 III.1. Mesure expérimentale du ressuage 44 III.1.1. Mesure par tracé de sillons III.1.2. Mesure au télémètre laser III.1.3. Dépouillement des essais : III.2. Mesure expérimentale de la perméabilité et de la compressibilité d’un béton 53 (mise au point d’un oedomètre-perméamètre) III.3. Influence des paramètres non intrinsèques au matériau 57 III.3.1. Diamètre du moule III.3.2. Hauteur du moule III.3.3. Température III.3.4. Malaxage III.3.5. Durée écoulée entre le malaxage et la mesure de ressuage : III.4. Influence des paramètres de la formulation 67 III.4.1. Rapport masse de gravillon sur masse de sable G/S III.4.2. Dosage en eau III.4.3. Dosage en ciment III.4.4. Dosage en adjuvant plastifiant III.4.5. Dosage en adjuvant superplastifiant III.4.6. Retardateur de prise III.5. Essais oedométriques – Corrélation avec le ressuage 75 III.5.1. Résultats des essais de perméabilité III.5.2. Résultats des essais de compressibilité Chapitre IV : MODELISATION DU RESSUAGE HOMOGENE 80 Introduction 80 - Table des matières - 7 IV.1. Etude du ressuage sans effets annexes 82 IV.1.1. Hypothèses de calcul : 82 IV.1.2. Configuration géométrique : 83 IV.1.3. Résolution du problème : 83 IV.1.4. Vitesse initiale de ressuage : 86 IV.1.5. Amplitude du ressuage : 87 IV.1.6. Etude numérique explicite en différences finies : 90 IV.1.6.1. Discrétisation de la colonne de béton : IV.1.6.2. Conditions aux limites : IV.1.6.3. Résolution du problème : IV.1.6.4. Condition de convergence du calcul : IV.1.6.5. Exemple de résolution : IV.1.7. Etude numérique implicite : 94 IV.1.8. Etude adimensionnelle : 95 IV.1.8.1. Notations : IV.1.8.2. Résolution du problème : IV.1.9. Etude avec présence d’air occlus : 97 IV.1.9.1. Hypothèses de calcul : IV.1.9.2. Résolution du problème : IV.1.9.3. Conditions initiales : IV.1.9.4. Vitesse initiale de ressuage : IV.1.10. Comparaison avec l’expérience : 105 IV.2. Etude du ressuage avec effet vieillissant 106 IV.2.1. Hypothèses de calcul : 106 IV.2.2. Résolution du problème : 108 IV.2.3. Amplitude du ressuage : 108 IV.2.4. Etude numérique explicite : 108 IV.2.5. Etude numérique implicite : 109 IV.2.6. Validation expérimentale : 113 IV.2.7. Etude adimensionnelle : 116 IV.3. Perméabilité des empilements granulaires 118 IV.3.1. Introduction 118 IV.3.2. Etude de la perméabilité d’un béton frais 118 IV.3.2.1. Détermination de la fraction volumique d’eau mobile IV.3.2.2. Détermination de la surface volumique hydrodynamique IV.3.2.3. Estimation numérique de la surface volumique enveloppe d’un granulat IV.3.2.4. Perméabilité d’un milieu poreux IV.3.3. Validation expérimentale 128 IV.4. Compressibilité et vieillissement 131 IV.4.1. Compressibilité des empilements granulaires : 131 IV.4.1.1. modèle d’empilement compressible IV.4.1.2. Résultats obtenus à l’oedomètre IV.4.1.3. Résultats indirects par ressuage IV.4.2. Temps caractéristique du vieillissement 139 L. JOSSERAND – Thèse de Doctorat Ressuage des bétons hydrauliques 8 IV.5. Application à des essais réalisés au LCPC 141 IV.5.1. Essais préliminaires : 141 IV.5.2. Essais en grande échelle : 145 IV.5.3. Conclusion : 150 Chapitre V : OBSERVATIONS SUR LE RESSUAGE LOCALISÉ 151 V.1. Introduction et observations 151 V.2. Paramètres influants 155 V.2.1. Hauteur initiale de la pièce coulée V.2.2. Vitesse du ressuage homogène V.2.3. Granulométrie Chapitre VI : CONCLUSIONS GENERALES 159 VI.1. Apport général VI.2. Apport scientifique VI.3. Apport pratique (à la destination des professionnels) VI.4. Besoins en recherche Chapitre VII : REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 163 Chapitre VIII : ANNEXES Annexe A : Fiches caractéristiques des matériaux 169 Annexe B : Protocole expérimental (méthode des sillons) 176 Annexe C : Expérimentations (formules des bétons, mortiers et coulis utilisés – Résultats d’essai) 180 Annexe D : Courbes expérimentales de ressuage 184 Annexe E : Programmes numériques 200 Annexe F : Notations 207 Annexe G : Résumé à l’usage des programmeurs 209 Chapitre I : Introduction 9 CHAPITRE I INTRODUCTION Le ressuage est, avec la ségrégation, l’une des deux manifestations de la dégradation de l’homogénéité d’un béton frais. Dans le cas de la ségrégation, les grains présentent au cours du temps un mouvement relatif entre eux. Certains (les plus denses ou les plus volumineux) tombent alors que les autres (les fins ou ceux ayant une masse volumique réduite) remontent vers la surface. Dans le cas du ressuage, les grains ont un mouvement d’ensemble vers le bas. Ce mouvement force l’eau intergranulaire à percoler vers le haut. Ainsi, une fois le béton mis en place dans son coffrage, une pellicule d’eau claire apparaît progressivement à sa surface. La sédimentation des grains est très lente, par conséquent le débit d’eau ressuée est modeste. Ainsi, la pellicule d’eau ne sera visible que si le débit d’évaporation à la surface du béton est inférieur au débit d’eau ressuée. Un des cas de ressuage les plus intriguants est le cas du ressuage localisé. Lorsque l’eau remonte à la surface du béton, elle peut éventuellement entraîner avec elle les particules les plus fines. Cette remontée de laitance se séparera naturellement par sédimentation une fois arrivée à la surface. Le béton présentera alors dans sa masse des “trous de ver” (dénomination des canaux d’écoulement plus ou moins verticaux à paroi sableuse). Dans ce dernier cas, le béton présentera une ségrégation granulaire, uniquement uploads/Geographie/ ressuage.pdf