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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/228539513 EFFETS DES HAUTES TEMPÉRATURES SUR LE COMPORTEMENT DU BÉTON: APPLICATION AU REVÊTEMENT DES TUNNELS Article · January 2009 CITATION 1 READS 4,891 4 authors, including: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Port of Oran View project Local materials: Clays minerals and earth View project Zine El Abidine A Kameche Abou Bakr Belkaid University of Tlemcen 7 PUBLICATIONS 3 CITATIONS SEE PROFILE Fatiha Kazi Aoual National Polytechnic School of Oran, Algerie,Oran 52 PUBLICATIONS 108 CITATIONS SEE PROFILE Semcha Abdelaziz University Ahmed Draia - Adrar 47 PUBLICATIONS 98 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Fatiha Kazi Aoual on 02 July 2015. The user has requested enhancement of the downloaded file. SBEIDCO- 1st International Conference on Sustainable Built Environment Infrastructures in Developing Contries ENSET Oran (Algeria) – October 12-14, 2009 T.2, Effets des hautes températures sur le comportement du béton : Application au revêtement des tunnels Z. A. Kameche 1, F. Kazi Aoual2, A. Semcha3, M. Belhadji4 199 EFFETS DES HAUTES TEMPÉRATURES SUR LE COMPORTEMENT DU BÉTON : APPLICATION AU REVÊTEMENT DES TUNNELS Z. A. Kameche 1, F. Kazi Aoual2, A. Semcha3, M. Belhadji4 T.2. Performance of materials RÉSUMÉ Le développement actuel que connaissent les bétons dans le monde est lié à la meilleure connaissance que nous avons de ce matériau grâce aux développements de nombreuses recherches menées depuis plusieurs décennies, mais le comportement du béton n’est pas complètement maîtrisé lorsqu’il est soumis aux conditions extrêmes telle que l’exposition aux hautes températures. La construction de structures spéciales pouvant être soumis à des conditions extrêmes implique la nécessité d’évaluation de la sécurité des ouvrages notamment les tunnels vis-à- vis des incendies. À cet effet il faut déterminer le comportement instantané et résiduel d’un béton soumis à des températures non usuelles allant jusqu’à 1000˚C. Le travail présenté est une recherche expérimentale. Nous avons réalisé des essais mécaniques à chaud et après refroidissement sur des éprouvettes qui ont été préalablement exposées à des températures élevées. Des essais complémentaires de perte de masse (fortement liée à la déshydratation) ont été conduits. Des analyses ATD (Analyse Thermique Différentielle) ont permet de suivre et expliquer l’évolution des phases solides et leurs transformations au cours de l’élévation de la température. MOTS-CLÉS Béton, Incendie, Haute température, Résistance à la compression, ATD. 1Laboratoire Matériaux, Département Génie Civil, ENSET Oran, Algérie, kam_zino2000@yahoo.fr 2Laboratoire Matériaux, Département Génie Civil, ENSET Oran, Algérie, fkaziaoual@yahoo.fr 3Laboratoire Matériaux, Département Génie Civil, ENSET Oran, Algérie, asemcha@yahoo.fr 4Faculté des Sciences, Dép.de Physique, Université Es-Senia Oran, Algérie, nmaamar@yahoo.fr SBEIDCO- 1st International Conference on Sustainable Built Environment Infrastructures in Developing Contries ENSET Oran (Algeria) – October 12-14, 2009 T.2, Effets des hautes températures sur le comportement du béton : Application au revêtement des tunnels Z. A. Kameche 1, F. Kazi Aoual2, A. Semcha3, M. Belhadji4 200 1. INTRODUCTION Les feux récents qui se sont produits dans des tunnels européens principaux (Mont-Blanc, la Manche, Tauern, grand lien de ceinture, Gothard,…) soulignent les risques sérieux qu’ils représentent. Dans des conditions extrêmes, un endommagement du béton de revêtement peut être observé dans un tunnel. En effet, lorsque le béton est exposé à des hautes températures, le chargement thermique imposé conduit à des transferts thermiques et hydriques au sein de la structure en béton induisant une évaporation de l’eau et une augmentation de la pression dans les pores. Ces mécanismes sont souvent considérés comme les principales causes de la fissuration et de l’écaillage du béton soumis à des températures élevées. Donc, un incendie peut fortement modifier le comportement du béton et mettre en péril la stabilité des tunnels. La construction des tunnels rendus nécessaire des travaux de recherches sur le comportement du béton à haute température. Dans le cas des incendies, il faut connaître le comportement instantané et résiduel d’un béton soumis à des températures allant jusqu’à 1000°C [Bazant et al. 1999]. De nombreux phénomènes physico-chimiques se développant à l’échelle microscopique se traduisent, à l’échelle macroscopique, par un endommagement progressif du matériau et un risques d’instabilité thermique important [Schrefler et al. 2002], [Khoury et al. 2002]. Les différentes campagnes expérimentales réalisées jusqu'alors ont permis de mieux comprendre le comportement du matériau avec la température et d'étudier l'influence de plusieurs paramètres [Hager 2004], [Schneider 1988]. La synthèse des observations et des expérimentations réalisées concernant l’effet des hautes températures sur le béton, a révélé que l’élévation de la température du béton entraîne un certain nombre de transformations physico-chimiques et microstructurales qui vont alors conduire à un changement des propriétés mécaniques. Au cours d’une élévation de température, les différentes catégories d’eau du béton (eau libre, eau liée) sont successivement éliminées en commençant par l’eau libre, passant progressivement à la déshydratation des hydrates de gel CSH qui commence au environ de 110˚C allant jusqu’à 600˚C [Khoury et al. 2002]. Suite à cette évaporation de l’eau, des pertes de masse importantes sont enregistrées. L’hydroxyde de calcium (Ca(OH)2) qui représente le composé le plus important dans le béton se décompose en chaux libre CaO et en eau au environ de 500˚C [Noumowé 1995]. La deuxième étape de la décomposition des hydrates est observée à partir de 700°C, les carbonates de calcium CaCO3 se décompose en chaux libre et en gaz carbonique CO2. Cette décomposition peut allez jusqu’à 900°C [Noumowé 1995]. En phase de refroidissement, la chaux libre CaO formé lors de la réaction de décarbonatation se combine avec l’humidité atmosphérique avec une augmentation du volume de 44% [Menou 2004]. Ceci cause la fissuration et l’endommagement des structures en béton. Une analyse thermique différentielle (ATD) permet de déterminer, par des pics endothermiques, les températures auxquelles une instabilité peut survenir dans le matériau. Elle représente un des meilleurs moyens pour suivre l’évolution des phases solides dans le béton tout au long de l’échauffement. 2. ÉTUDE EXPÉRIMENTALE Le béton étudié est un béton de haute résistance, préparé avec un ciment Portland CPJ CEM II/A 42,5MPa de la cimenterie de Beni Saf et des granulats calcaire d’une dimension maximale de 16mm. Le rapport E/C=0,38. Les caractéristiques chimiques et minéralogiques du ciment utilisé sont données dans les Tableaux 1 et 2. Le ciment utilisé dans cette étude est avec un faible pourcentage en C3A et un taux élevé de C3S. Ces deux composants influence clairement sur le temps de durcissement du béton aux jeunes ages, ce qui permet le décoffrage rapide en tunnel. Tableau 1. Analyse chimique du ciment [LTPO] Caractéristiques SiO2 CaO MgO Fe2O3 Al2O3 SO3 Perte au feu Insolubles Teneurs [%] 22,76 63,43 0,21 3,57 5,96 1,91 2,37 2,16 SBEIDCO- 1st International Conference on Sustainable Built Environment Infrastructures in Developing Contries ENSET Oran (Algeria) – October 12-14, 2009 T.2, Effets des hautes températures sur le comportement du béton : Application au revêtement des tunnels Z. A. Kameche 1, F. Kazi Aoual2, A. Semcha3, M. Belhadji4 201 Suivant la méthode de Bogue les minéraux principaux du clinker, ont été calculés et donnés sur le tableau suivant : Tableau 2. Composition minéralogique du clinker selon Bogue. Minéraux C3S C2S C3A C4AF Teneurs [%] 39,86 35,20 9,75 10,86 Le sable utilisé est un sable concassé 0/5 d’origine calcaire avec un module de finesse de 3,60 qui a été corrigé avec un sable fin correcteur 0/1 avec un module de finesse de 0,83. Alors, le sable combiné (40% sable fin + 60% sable concassé) est avec un module de finesse de 2,5 et un équivalent du sable visuel ESV=75% et un ESP=71%. Il convient parfaitement pour un béton de haute qualité. Suivant la méthode de Dreux Gorisse les pourcentages des granulats utilisés sont les suivants : S(0/5) :33%, G(3/8) :12%, G(8/16) :45% L’adjuvant utilisé est un plastifiant réducteur d’eau, appelé; SIKA VISCOCRETE 3045 de nouvelle génération pour bétons prêts à l’emploi, conforme à la norme NF EN 934-2. La composition du béton étudié est présentée sur le Tableau 3. Tableau 3 : Composition du béton étudié Constituants du béton formulé Quantités [Kg/m3] Ciment CPJ CEM II/A 42.5 de Beni Saf Sable concassé (0/5) de Kristel Sable Fin (0/1) de Terga Gravier (3/8) de Kristel Gravier (8/16) de Kristel Eau Adjuvant Plastifiant –Viscocrete 3045- 475 338 225 382 792 180L/m3, E/C = 0.38 2,8 L/m3 du béton Notre béton étudié a été confectionné en éprouvettes cubique (100x100x100)mm3. Après la conservation dans de l’eau à une température de 20 ± 2°C pendant 28 jours, les éprouvettes ont été exposés à l’air libre dans le laboratoire pendant 6 jours et étuvées par la suite dans une étuve à 105°C pendant plusieurs jours jusqu’à stabilisation de leurs masses. Cette phase de préséchage a pour but de faire partir l’eau libre présente dans les éprouvettes du béton. Finalement les éprouvettes ont été exposées à des hautes températures variants de 200°C à 1000°C avec une vitesse de la montée en température de 6°C/min et un maintien en température dans le four à moufle pendant 1 heure. Le procédé expérimental appliqué repose sur un chargement thermique et mécanique. Deux cas de chargement ont été envisagés : - Chargement thermique et mécanique (écrasement uploads/Ingenierie_Lourd/ effets-des-hautes-temperatures-sur-le-comportement.pdf