Contribution à l'étude de la perméabilité du béton armé sous sollicitations statiques et cycliques

Les structures en béton armé en service sont soumises en permanence à des efforts extérieurs et sont généralement multi fissurées. La présence de fissures, notamment dans le béton d'enrobage des barres d'armatures, favorise la pénétration d'agents agressifs extérieurs véhiculés par l'eau ou l'air au sein du béton et accélère ainsi la détérioration de la structure. À l'inverse, l'autocicatrisation des fissures en présence d'eau ainsi que l'inclusion de fibres dans le béton peuvent améliorer la durabilité de la structure. Afin de pouvoir estimer de manière adéquate la durée de vie des infrastructures pour une meilleure gestion de celles-ci, il est important d'avoir une bonne compréhension des phénomènes de transport qui ont lieu au sein d'une structure réelle lorsque celle-ci subit différents modes de chargement (statique, constant, cyclique). Étudier l'effet de l'ajout de fibres sur la durabilité des structures, selon le chargement subi, est également essentiel afin de tendre vers des critères de dimensionnement en service adaptés à ces bétons. Sans l'existence de tels critères, le potentiel de ces bétons sur le plan de la durabilité ne peut être exploité à sa juste valeur. Ce projet de recherche vise alors à étudier l'impact d'un chargement en traction sur la perméabilité à l'eau d'un élément en béton armé, représentant une barre d'armature avec le béton d'enrobage sollicité en traction dans une structure. Il a également pour but d'évaluer l'effet de l'inclusion de fibres dans le béton sur la durabilité, en étudiant trois gammes de bétons distinctes, un béton ordinaire (BO), un béton renforcé de fibre (BRF) et un béton fibré à ultra-haute performance (BFUP). Afin de répondre aux objectifs visés, un dispositif de perméabilité innovant permettant de mesurer la perméabilité à l'eau de tirants simultanément à leur chargement en traction a été développé. Suite à une première phase expérimentale de validation du dispositif, il a été utilisé pour mesurer la perméabilité des différents bétons à l'étude (BO, BRF et BFUP) sous différents modes de chargement réalistes (statique, constant et cyclique). Ces différentes phases expérimentales étaient systématiquement accompagnées d'essais mécaniques complémentaires menés sans écoulement d'eau. Pour ces essais, les tirants étaient instrumentés de manière à caractériser leur état de fissuration sous des modes de chargement identiques à ceux effectués lors des essais de perméabilité. Les résultats de perméabilité ont ainsi pu être corrélés aux états de fissuration correspondants.

Abstract

Reinforced concrete structures are continuously submitted to external loading and are randomly cracked at serviceability. Presence of cracks into the concrete, especially in the concrete cover of reinforcing bars, increases the penetration of aggressive agents through water or air movements into the concrete and thus accelerates the deterioration of the structure. On the opposite, self-healing of cracks in presence of water and inclusion of fibers in the concrete matrix enhance the durability of the structure. To adequately estimate the lifetime of infrastructures and to better manage them, a good knowledge of the transport properties which occur in a real structure submitted to different loading conditions (static, constant and cyclic) is essential. Studying the effect of the fibers on the durability of the structures, depending of the loading applied on them, is also necessary to move towards elaboration of design criteria at serviceability for fiber reinforced concrete structures. Without the availability of such design criteria, the potential of these concretes in terms of durability cannot be fully used. This research project aims to study the impact of tensile loading on the water permeability of a reinforced concrete element which consists of a steel reinforcing bar and the surrounding concrete submitted to tensile loads in a reinforced concrete structure. It also aims to investigate the effect of the inclusion of fibers on durability in studying three different kinds of concrete, a normal strength concrete (NSC), a fiber reinforced concrete (FRC) and a ultra high performance fiber reinforced concrete (UHPFRC).To achieve these objectives, an innovative water permeability device allowing permeability measurement on tie-specimens simultaneously to their tensile loading has been developed. After a first experimental phase of validation of this device, it was used to evaluate the permeability of the studied concretes (NSC, FRC and UHPFRC) under different realistic loading conditions (static, constant and cyclic). During these experimental phases, complementary mechanical tests without water flow through the tie-specimens were systematically performed. For these specific tests, the tiespecimens were instrumented in order to characterize their cracked state under the same loading conditions than those applied during the permeability tests. The results obtained from the permeability tests could thus be correlated with the corresponding cracked states.