Comportement m canique du b ton d'argile expans e en traction biaxiale

D. MORIN, J.-C. MASO

Etude exp&imentale des 6tats limites de rOversibilitO, de fissuration et de rupture du boron d'argile expansOe en compression biaxiale.

1. INTRODUCTION

Les donn6es utiles fl un emploi convenable de b6ton d'argile expans6e dans les structures ne saurait 6tre r6solu par les seules donn6es du comportement de ce mat6riau en sollicitation monoaxiale. En effet, le b6ton 6tant g6n6ralement soumis dans la pratique /t des sollicitations pluriaxiales, l'ing~nieur a de plus en plus 'besoin de connaitre le comportement de ce mat6riau sous sollicitations pluriaxiales.

Nous rapportons ici des r6sultats de l'6tude exp6- rimentale dans le domaine traction-traction de l'es- pace R 2 des contraintes appliqu6es correspondant fl un tenseur [[ al, a~, 0 [[.

2. MI~THODE EXPI~RIMENTALE

2.1. Machine d'essais

L'appareil utilis6 (photographie 1), r~alis6 au D6par- tement de G6nie civil de I'LN.S.A. [1], se compose de deux appareillages de traction ind6pendants, perpen- diculaires entre eux, coplanaires avec l'6chantillon. Chaque bfiti est libre de se mouvoir globalement sans frottement dans la direction perpendiculaire /t l'effort qu'il exerce.

2.2. Dispositif d'application des charges

L'application des charges sur les 6chantillons parall6- 16pip~diques de dimension 160 x 160 x 25 ram. s'effectue au moyen de plateaux de traction coll6s. Ces derniers sont constitu6s chacun par quatre 616ments identiques r6guli6rement espac6s (fig- 1); chaque 616ment, sollicit6 en traction simple, est reli6 au bfiti de traction par des assemblages clavet6s de biellettes qui r@artissent r6guli6rement l'effort de traction (fig. 2).

Lors de la d6formation des 6prouvettes, chaque biellette peut se d@lacer perpendiculairement fl sa direction de chargement et dans le plan des efforts appliqu6s, ce qui permet de limiter consid6rablement

Photo 1 . - - Machine de traction biaxiale.

F i g . l . - - l~l~ments d'un plateau de traction.

I

I F i g . 2 . - - Dispositif d'application des charges.

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V O L . 9 - N ~ 53 - M A T E R I A U X E T C O N S T R U C T I O N S

~ g,.~o~

t

1 ~ I ~2.10 6 I

r ,, I

NN 50 ~::~i ................ ) ~J~it ...................

//11 I 1 1

Position des jauges

Fig. 3. - - R6partition des d~formations dans une 6prouvette solli- eitde en traction hiaxiale : d6finition d'un champ uniforme.

les contraintes de frettage. Lorsque l'on soumet les ~chantillons fi une traction biaxiale (Ta-- T~), on obtient suivant les directions des contraintes principales, les distributions des d~formations indiqu6es sur la figure 3. La r~gion hachur~e repr~sente l'~tendue du champ des d~formations que l'on peut consid~rer comme uni- forme dans le cas d'un mat~riau homog~ne, continu et isotro ~e.

daN/era ~

15

10

~ f

/ 5 / /

/ 0 100

lO 2 0 0 300 [~1 106

20 30 glr.106

Fig. 4. - - Variation de la contrainte principale a~ en fonction des d6formations totales et r6siduelles du b6ton 16get.

2.3. Programme d'6tude

Le programme de mise en charge consiste ~ faire croitre directement les efforts de traction Tt et T 2 dans un rapport donn~; en faisant varier le rapport T~/T~ on peut explorer tout le plan (T~, T2).

Les plus grands d~sordres que nous avons constat~s exp~rimentalement tant vis-~t-vis de la r~versibilitd

d a N / c m 2

16

o 4 8 12

/ /

/

~6 0"~ daN/cm 2

Fig. 5. - - Trac6s des surfaces d'isordversibilit6 du b6ton d'argile expans6, sollicit~ en traction, dans le plan (a~, az).

que de la rupture, se sont toujours manifestos dans la direction de la contrainte principale majeure crt; c'est donc dans cette direction que nous avons recherch~ les diff~rents 6tats limites du b~ton d'argile expans~e en traction biaxiale.

3. I~TATS LIMITES DE RI~VERSIBILITI~

Nous avons ddfini le degr~ de r~versibilit~ du mat6- riau par l'expression R = et ,~,/e~ = 1 - (e~ ~/~) off e~ :o~ est la d~formation r~versible,, e~ la d~formation totale et e~, la d~formation r6siduelle. A partir des courbes donnant les variations de la contrainte principale a t en fonction de la d~formation totale e~ puis de la d~for- mation r6siduelle a t , (fig. 4). nous avons d~termin~ l'~volution du degr~ de r~versibilit~ du b~ton d'argile expans6e.

L'6tude des courbes a ~ = f ( ~ , ) montre que le mat~riau n'est jamais r~versible; ceci provient selon toute vraisemblance des microfissures existant dans le b~ton avant l'application des charges.

Si on trace dans le plan (a~, a~) les traces des surfaces d'isor~versibilit6 (fig. 5), on constate que ces demiares sont pratiquement ind~pendantes de la contrainte principale interm~diaire a~.

daN Icm ~

16 ~ . ~ . ~ . ~ . ~ , ~ . ~..~. ~.:~,~.~ ~: . . . . :~

:i~)

0 4 8 12 16

(~) Rupture

(~) Fissuration

d a N I c m 2

Fig. 6. - - Trac6s des surfaces de fissuration et de rupture du b6ton d'argile expans6e dans le plan ((~l, ~2)-

344

4. F ISSURATION DU BI~TON D ' A R G I L E EXPANSIVE

Si l'on reprend les courbes a l = f ( e l r) on observe un brusque changement de pente qui s6pare le domaine des petites d6formations de celui conduisant 5. la rupture. Cette modification du comportement du b6ton provient, semble-t-il, de la fissuration du b6ton qui se d6veloppe

partir de la rupture des granulats.

Si l'on porte, dans le plan (a~, a2) les valeurs al : correspondant 5. cette augmentation brusque des d6for- mations r6siduelles, on d6finit la trace de la surface de fissuration du b6ton d'argile expans6e (fig. 6). On remarque alors que cette derni6re est pratiquement ind6pendante de la valeur de la contrainte principale interm6diaire.

5. RUPTURE DU BI~TON D'ARGILE EXPANSIVE

5.1. Formes de rupture

La fissure caract~ristique de la rupture se d6veloppe perpendiculaire /l la direction de ~1 pour tous les rapports de chargement ~2/o-1 different de 1. A l'6treinte la ruine apparait le plus souvent suivant une des diagonales des corps d'6preuve.

En outre, les fissures se d~veloppent toujours dans la matrice et dans les granulats.

5.2. Trace de la surface de rupture

Dans le plan (al, o'2), lorsque le rapport de charge az/al varie, on constate que la valeur de a2 ne modifie pas la valeur de al caract6ristique de la r6sistance ultime du b6ton d'argile expans6e (fig. 6).

6. CONCLUSIONS

Les plus grands d6sordres dans la structure du b6ton d'argile expans6e se produisent suivant la direction de la contrainte principale majeure appliqu6e al.

D. M O R I N - J . - C . M A S O

En outre, les fissures qui apparaissent dans les 6chan- tillons se d6veloppent toujours dans les granulats et d6butent vraisemblalement dans ces derniers. Cette rupture des grains qui ne provoque pas la ruine du b6ton [2], entraine cependant une modification brutale du comportement du mat6riau.

Cependant il semble que toutes les modifications m6caniques engendr6es dans le b6ton par un essai de traction biaxiale sont ind6pendantes de la valeur de la contrainte principale interm6diaire.

RI~FI~RENCES

[1] LORRAIN M. - - Contribution d l'dtude de la micro- mOcanique des matdriaux granulaires coh~rents : appli- cations aux bOtons. Th6se Docteur 6s Sciences, Toulouse, 1974.

[2] MASO J.-C. - - La nature min~ralogique des agr@ats facteur essentiel de la rdsistance du bOton d la rupture et

l'action du gel. Th6se Docteur 6s Sciences, Toulouse, 1967.

[3] STEGBAUER A., LINSE D. - - Comparison of stress strain behaviour of concrete and other materials under biaxial loading. Colloque Rilem, Cannes, 1972.

SUMMARY

Mechanical behaviour of expanded aggregates concrete under biaxial tension. - This report describes a new apparatus for tensile loading of concrete specimens especially used for experimental research on the mecha- nical behaviour of expanded clav concrete under biaxial tensile stress.

The measurement of total and residual deformation shows that the most extensive disorders found in the material structure occur along the principal major tensile stress axis.

The reversibility, crackin 9 and failure limit state of specimens are obtained for a value of the principal major stress which zs practically independent of the value of the principal intermediate stress.

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