Comportement dynamique du béton

Le béton est le matériau le plus utilisé pour la construction d’ouvrages en Génie Civil. Cependant la connaissance de son comportement en dynamique rapide reste limitée. Le béton est un milieu hétérogène, son comportement est complexe à analyser. Plusieurs auteurs ont proposé des lois de comportement avec un degré de complexité plus ou moins élevé pour prédire son comportement en dynamique rapide. L’objectif de ce chapitre est de tirer des conclusions utiles pour notre travail. Une revue des moyens expérimentaux permet de mieux comprendre le comportement mécanique de matériau en tenant compte de l’effet de vitesse.

Effet de vitesse de chargement

Si le béton est un matériau de construction couramment utilisé, son comportement en dynamique rapide est relativement mal connu. Ce problème est d’autant plus important que les structures en béton sont de plus en plus soumises à ce type de sollicitation. Nous pouvons par exemple citer: l’impact de véhicule sur des ouvrages d’art, le crash d’avion sur une centrale nucléaire, les explosions liées à des actes accidentels ou terroristes et les applications militaires. Les différents exemples cités précédemment ainsi que les moyens d’essais correspondants sont représentés sur une échelle de vitesses de déformation dans la figure 1.1. On remarque que les vitesses de déformations de 10-5 s -1 à 10-3 s -1 correspondent aux impacts de véhicules sur les ouvrages. Les explosions puissantes, les séismes et les chocs qu’ils induisent ainsi que les chutes d’avions et le battage des pieux peuvent générer des vitesses de déformations allant de 10-4 s -1 jusqu’à plus de 100 s-1 18 Tube à choc Tube à choc (type LEA) q-stat Enceinte à Enceinte à pression Barres d’Hopkinson pression (type ISL) Pendules, montons, Canon à air comprimé machines à masse tombante Catapultes Presses usuelles Machines d’essais rapides 1.E-4 1.E-3 1.E-2 1.E-1 1 10 100 1000dσ /dt(GPa/s)                                      Chargements sismiques Chocs dus aux séismes Chute de blocs                                                                               Explosions Déflagrations (souffle) détonations (ondes de choc)                        Impact de véhicules Chute d’avions Battage de pieux Impact de navires (moteurs) 1.E‐6            1.E‐5                               1.E‐4                      1.E‐3                         1.E‐2                      1.E‐1            1                  100 dε/dt(1/s)                              Quasi- statique chocs mous chocs durs Figure 1.1 : Chargement dynamique et moyens d’essais correspondants [13]. 1.1. Classification des chargements dynamiques [2]: L’action de mise en charge intense avec une durée de maintien de l’effort très brève peut être désignée de manière générique par « chargement impulsionnel », englobant ainsi les impacts, les explosions et les séismes. Le point fondamental de ce type de chargement est que le temps caractéristique de la variation du chargement ࣎ est très faible devant la période propre de vibration T de la structure, comme il est présenté dans le tableau 1.1 classification du chargement ߬ /T type de chargement quasi-statique >4 tests conventionnels quasi- impact ~1 chargements transitoires Impulsionnel <0.25 énergie cinétique, souffle Chocs durs < 10-6 explosions puissantes Tableau 1.1 : Classification des chargements [2].

. Effet de vitesse sur la résistance du béton

Afin de caractériser le comportement dynamique du béton, de nombreuses techniques et moyens expérimentaux ont été développés pour des vitesses de sollicitation allant du quasistatique (ߪሶ ≤ 10−5 GPa.s−1 ou ߝሶde 10−4 à 10−2 s−1 ) aux vitesses rapides (ߪሶ> 100 GPa.s−1 ou ߝሶ >10 s−1 ). Les moyens expérimentaux à mettre en œuvre varient en fonction de la vitesse à atteindre et nécessitent des dispositifs différents. Aussi; il est difficile de connaître les caractéristiques d’un même béton sur toute l’étendue de la gamme de vitesse de sollicitation mentionnée. 

Effet de la vitesse de sollicitation en compression

Historiquement, les essais dynamiques sur le béton ont consisté, dans un premier temps, à pratiquer des essais de compression classiques sur machines hydrauliques, mais en faisant varier la vitesse de sollicitation. Cependant la manière la plus courante de caractériser le comportement dynamique du béton en compression repose sur des essais aux Barres de Hopkinson [1]. Les essais réalisés par Bischoff et Perry [3] montrent que la résistance apparente du béton augmente avec la vitesse de sollicitation, comme c’est illustré dans la figure 1.2. Il est classique d’exprimer (surtout dans le cas d’une synthèse d’essais sur des bétons différents) l’augmentation de résistance comme le rapport de la résistance dynamique fୡ ୢ୷୬ sur la résistance en quasi-statique fc (à ߝ ሶ = 10 -6 s−1 ).