Etude du comportement mécanique à l’arrachement des fils multi-filamentaires enrobés dans la matrice cimentaire

Méthode expérimentale 

Description de l’essai d’arrachement

Dans cet essai un déplacement δ est imposé à l’extrémité libre d’un fil dont l’autre extrémité est enrobée dans une matrice cimentaire sur une longueur Le. On mesure l’effort de traction P imposé au fil. Une augmentation monotone du déplacement δ conduit à la rupture progressive de la liaison fil / matrice, sous forme de ruptures locales des liaisons filaments / matrice et de ruptures de certains filaments le long de l’interface fil / matrice. La figure 4.1 montre un fonctionnement de principe de l’essai d’arrachement. Une fois que la rupture de la liaison fil / matrice a atteint l’extrémité de la longueur enrobée, un mécanisme d’extraction est observé, avec éventuellement un déplacement de l’extrémité enrobée du fil [Naa91b]. Ce déplacement peut ne concerner qu’une partie du fil. Figure 4.1. Glissement des filaments lors de l’arrachement.

Méthode de préparation des éprouvettes

Les éprouvettes sont constituées d’un fil multifilamentaire dont une extrémité (l’extrémité enrobée) est centrée dans un cylindre de mortier. L’autre extrémité (l’extrémité libre) est collée entre deux plaques d’époxy afin de permettre une mise en place facile dans la machine d’essai utilisée. La mise en place de l’extrémité enrobée dans le mortier est réalisée conformément à la méthodologie décrite dans le chapitre 2, partie 2.7. L’imprégnation du fil au niveau de l’extrémité enrobée est variable, en fonction du prétraitement imposé à la partie enrobée du fil avant coulage du mortier. Pour les essais d’arrachement, toutes les configurations présentées au chapitre 2 ont été utilisées. Par ailleurs, différentes longueurs enrobées (Le) ont été utilisées, comprises entre 1 et 25 cm. Cette dernière longueur correspond à la longueur maximale permise par le montage d’arrachement utilisé. La maitrise du process de fabrication des éprouvettes est un élément très important pour maitriser la performance à l’arrachement des fils multifilamentaires puisqu’une multitude de paramètres liés à la fabrication peuvent influencer le comportement à l’arrachement. En particulier, il a fallu apporter un grand soin à la manipulation des fils multifilamentaires pour maitriser au mieux la variabilité de la longueur des filaments constituant le fil. Pour cette raison, au moins 3 éprouvettes ont été réalisées pour chaque configuration testée, ce qui a représenté un total de 353 éprouvettes fabriquées pour les essais d’arrachement. Longueur enrobée (Le) P Glissement filaments de coeur δ La cure des éprouvettes est celle détaillée au chapitre 2, partie 2.9. L’extrémité libre du fil est maintenue hors de l’eau pendant toute la cure. Les éprouvettes sont sorties de l’eau à 25 j (soit 3 jours avant l’essai d’arrachement). Ceci permet de sécher à l’air, à 20°C, l’extrémité libre du fil (pendant 1 jour) pour pouvoir ensuite réaliser le collage des deux plaques d’époxy 2 jours avant l’essai. La colle utilisée est une colle époxy. Un temps de séchage d’une journée est imposé avant réalisation de l’essai d’arrachement. Pendant ces trois jours, le cylindre de mortier dans lequel est enrobé le fil est conservé mouillé en le maintenant dans un sac plastique (figure 4.2) enlevé juste au moment de la réalisation de l’essai d’arrachement. Figure 4.2. Protection des éprouvettes de la dessiccation lors de la préparation des éprouvettes d’arrachement. Concernant la géométrie de l’éprouvette (figure 4.3), on appelle longueur libre (LL) la longueur de fil non enrobé comprise entre le collage dans les deux plaques d’époxy et le cylindre de mortier. Cette longueur est constante, égale à 10 cm. La longueur enrobée (Le) est variable. Figure 4.3. Trois éprouvettes après l’arrachement, Le = 5 cm.

Mise en œuvre de l’essai

Les essais d’arrachement ont été effectués en utilisant une presse Instron 5567 de capacité 30 kN (figure 4.4). Le cylindre de mortier est positionné sur une platine d’appui qui permet le centrage du fil. Cette platine est fixée dans le mors supérieur de la presse (mors mobile). Un système de maintien spécifique (non visible sur la figure 4.4) permet de garantir la perpendicularité de l’axe du cylindre par rapport à la plaque d’appui. Une fois le cylindre de Longueur libre, LL Fil Etude du comportement mécanique à l’arrachement des fils multi-filamentaires enrobés dans la matrice cimentaire 143 mortier parfaitement axé et centré sur la presse, l’extrémité libre du fil est fixée par serrage des plaques d’époxy dans le mors inférieur (mors fixe). Il est important de noter que l’axe du cylindre de mortier, la longueur libre du fil et l’axe de la presse doivent coïncider parfaitement pour garantir le bon déroulement de l’essai. L’essai est conduit à vitesse de déplacement imposé (0,01 mm/min) du mors mobile par rapport au mors fixe. Le système d’acquisition enregistre effort et déplacement durant tout l’essai. L’essai est mené jusqu’à rupture complète de l’ancrage fil / mortier (retour de l’effort de traction à zéro, aux incertitudes de mesures près). Il faut remarquer que le déplacement du mors mobile est la somme du déplacement d’extraction du fil et de l’allongement de la longueur libre.