Essais du béton durci en Tension

Structural Engineering

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Overview

Source : Roberto Leon, département de génie Civil et environnemental, Virginia Tech, Blacksburg, VA

Dans un précédent laboratoire sur béton en compression, nous avons observé que le béton peut supporter très grands stress sous la force de compression uniaxiale. Cependant, les échecs observés n’étaient pas des échecs de compression mais échecs le long des plans de cisaillement où se produit une force de traction maximale. Ainsi, il est important de comprendre le comportement du béton en tension et en particulier sa résistance maximale qui régissent les deux son ultime et comportement du service. Du point de vue ultime, combinaisons de tensions et de contraintes de cisaillement conduira à défaillance fissuration et immédiat et catastrophique. Pour cette raison, le béton est rarement si jamais utilisée dans une condition non armée dans des applications structurales ; membres plus concrètes seront renforcés avec de l’acier afin que ces fissures peuvent être arrêtés et les largeurs de fente limité. Ce dernier est important du point de vue facilité d’entretien car contrôler la largeur de la fissure et distribution est la clé de la durabilité, comme cela n’entravera dégivrage sels et produits chimiques similaires pénétrant et la corrosion de l’armature en acier.

Les objectifs de cette expérience sont de trois types : (1) pour effectuer des tests de cylindre de traction split pour déterminer la résistance du béton à la traction, (2) pour effectuer des tests de faisceau pour déterminer la résistance à la traction du béton et (3) pour démontrer l’influence de renfort en acier sur comportement en comparant le comportement du faisceau légèrement renforcée par un non armé.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Structural Engineering. Essais du béton durci en Tension. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

La capacité de résistance à la traction (f,t) d’un matériau composite fragile comme le béton est souvent de l’ordre de 1/10 de sa capacité de compression (f'c). Ce comportement est motivé par l’existence d’une couche très faible, appelée la zone de transition interfaciale (ITZ), entre le mortier et l’agrégat. Cette couche très mince (seulement environ 40 μm ou plus) contient moins non ciment et calcium silicates hydrates (C-S-H) que le mortier, mais plus gros cristaux orientés d’hydroxyde de calcium (C-H) ainsi que trisulfate hydrate (ou ettringite, la longue aciculaires Ouvrages d’art). Ces deux facteurs contribuent à une plus grande porosité dans cette couche et donc à une résistance plus faible. En outre, le fait que l’espacement moyen entre les particules de l’agrégats est seulement 2 à 2,5 fois l’épaisseur de la ITZ, signifie qu’une quantité très importante du mortier, par certains estime que jusqu'à 40 %, est constitué de ce matériau plus faible.

Le comportement fragile du béton est attribuable à la croissance des microfissures qui se propagent de concentration de contraintes qui surviennent entre le granulat et le mortier. Ce qui est, du point de vue conceptuel, l’état de contrainte autour d’une particule globale cycle idéalisée comme une force de compression est appliquée ? Comme la compression essaie de « flow » autour de la particule et le vecteur de force devient enclin, développent des forces de traction dans le sens horizontal. Ces forces sont plus élevés à l’interface en raison de la concentration de contraintes. La combinaison des grandes forces de traction et une faible ITZ conduire à la fissuration préférentielle dans ce domaine.

Lorsque la contrainte de compression augmente lors d’un essai de cylindre, ces fissures commencent à se développer et se propager à la suite des contraintes de traction transversales, microfissures initial existant et la présence de la ITZ faible. La volonté de croissance crack devenir instable que le béton atteigne sa force maximale, et le béton va perdre sa capacité à maintenir la force très rapidement que les fissures se propagent à grande vitesse. Il en résulte un comportement globalement fragile pour béton, ainsi que pour beaucoup de matériaux céramiques similaires avec des zones de faibles interface.

La faible capacité de résistance caractéristique du béton fait également une tension directe d’essai très difficile à effectuer, comme des éprouvettes de traction conventionnels ont tendance à échouer à l’attaquer en raison de la concentration de contraintes. Une solution élégante autour de ce problème consiste à tester des bouteilles couchées. Cette méthode est appelée la bouteille de split ou essai brésilien. Dans ce test, comme un s’éloigne de la tête de chargement, où il y a un complex état de stress, un champ de contrainte de traction horizontale uniforme se développera. Le béton étant faible dans la tension, cela conduira à une fissure verticale et l’éclatement de la bouteille. Des études statistiques, le test du cylindre split devrait donner les capacités de résistance à la traction sur l’ordre de 6√f'c.

Un autre moyen indirect d’essais béton en tension consiste à utiliser un spécimen de faisceau court dans une configuration de test flexion quatre points. La partie centrale de la poutre est en moment constant et zéro au cisaillement, et ainsi on peut tirer une relation simple entre la charge de rupture, les propriétés géométriques et la résistance à la traction de la poutre à l’aide des principes de la théorie élastique. Le faisceau échouera soudainement dès qu’une fissure se forme au fond et n’avoir aucune résistance résiduelle. Bien qu’il est bien connu que, à défaut la distribution des souches sur la profondeur de la poutre en béton ne suit pas tout à fait ceux de la théorie élastique, cette incohérence est généralement considéré comme ayant peu d’influence sur le résultat final. Des études statistiques, l’essai de traction de faisceau est censé donner les capacités de résistance à la traction sur l’ordre de 7.5√f'c.

La défaillance soudaine et fragile observée dans l’essai de poutre en béton serait inacceptable dans n’importe quelle application pratique, où force de ductilité et résiduel de porter au moins les charges de gravité est nécessaire. Armature en acier est ajoutée en bas (ou résistance à la traction latérale) du faisceau pour éviter ces ruptures soudaines ; comme le béton commence à craquer, l’acier commence à relever les forces de traction. La technique fonctionne aussi longtemps que les barres, qui présentent des déformations de surface pour les aider à transférer des forces du concret, sont bien ancrés. Dans le cas d’une poutre courte comme celle qui sera testé ici, cela s’accomplira en fournissant un crochet au bout des barres. En outre, parce que les fissures de cisaillement diagonale peuvent se produire près de la profondeur moyenne de la poutre, étriers verticales sont généralement fournis. Enfin, en raison de la nature indéterminée de structures en béton armé, il est difficile de savoir avec certitude où la tension et de compression sera sur une poutre sous un ensemble particulier de charges. Pour cette raison, barres seront également placés en haut, résultant dans la cage en acier typique que l'on observe dans la plupart des poutres dans les structures en béton armé.

Procedure

1. Test de Tension Split

  1. Pour ce test, utilisez les cylindres de l’échantillon qui ont été préalablement préparées (voir JoVE vidéo " "essais sur béton frais""). Obtenir deux fines bandes de balsa bois ou similaire (environ 1/8" x 1"" x 8 large épais' long) afin de répartir les charges sur les cylindres.
  2. Mesurer les dimensions des deux cylindres. Tracez une ligne le long du diamètre à chaque extrémité de l’échantillon en coupant le cylindre.
  3. Centrer une bande le long du centre du bloc de roulement inférieur de la machine d’essai.
  4. Placez la bouteille sur le strip et aligner afin que les lignes de marquage sur les extrémités de l’échantillon sont vertical et centré sur la bande.
  5. Placer une seconde bande longitudinale sur le cylindre.
  6. Abaissez le haut responsable de la machine d’essai de chargement jusqu'à ce que l’Assemblée est attachée dans la machine.
  7. Estimation au maximum le spécimen de chargement peut prendre en supposant que la résistance à la traction soit 6c f' , où f'c est la résistance nominale béton.
  8. Appliquer la charge compressive lentement (à environ 100 lb/po2 à 200 lb/po2 par min.) et continuellement jusqu'à ce que l’échantillon n’est en tension de split.
  9. Enregistrer la charge maximale appliquée.
  10. Examiner la surface de rupture et d’estimer le pourcentage d’agrégat qui a fracturé.

2. Test de Tension faisceau

  1. Construire une poutre en béton avec un 4 x 4 po cross section et 36 po de longueur.
  2. Installer un appareil d’essai flexion 4 points dans la machine d’essai.
  3. Retirez le faisceau soigneusement et installez-le dans le critère mis en place.
  4. Allumez la machine d’essai et d’activer le logiciel pour lire la charge et les déformations.
  5. Estimer la charge maximale de l’échantillon peut prendre, en supposant que la résistance à la traction est 7,5c f' et appliquez la charge compressive lentement (à environ 100 lb/po2 à 200 lb/po2 par minute) et sans interruption jusqu'à ce que le spécimen échoue.
  6. Enregistrer la charge maximale appliquée.
  7. Examiner la surface de rupture et d’estimer le pourcentage d’agrégat qui a fracturé.

3. renforcée poutre Test

  1. Construire une poutre béton, renforcée avec des barres de deux #3 (diamètre de 3/8 po) située à environ 0,5 po du bas. Les barres ont des crochets aux extrémités pour empêcher une barre échec d’arrachement. La poutre est de 4 po x 4 po en coupe transversale avec un 36 pouces de longueur non pris en charge.
  2. Installer un appareil d’essai flexion 4 points dans la machine d’essai.
  3. Retirez le faisceau soigneusement et installez-le dans le critère mis en place.
  4. Allumez la machine d’essai et d’activer le logiciel pour lire la charge et les déformations.
  5. Estimer la charge maximale de l’échantillon peut prendre, en supposant que la résistance à la traction est 7,5c f' et appliquez la charge compressive lentement (à environ 100 lb/po2 à 200 lb/po2 par minute) et sans interruption jusqu'à ce que le spécimen échoue.
  6. Enregistrement de la charge appliquée et déformations en cours de test.

Béton armé a une plus grande force que le béton non armé, car l’acier dans la section renforcée peut être utilisé pour transporter des grandes forces de traction, que seront démontrées dans ce laboratoire de test.

Béton peut supporter de très grandes contraintes sous la force de compression uniaxiale. Cependant, les échecs observés ne sont pas compression dans la nature mais échecs le long des plans de cisaillement où se produit une force de traction maximale. Cet soudain type de défaillance est inacceptable dans des applications structurales et la plupart béton est renforcée avec acier d’augmenter sa résistance et ductilité.

Dans des applications pratiques, les barres sont ajoutées dans un modèle de cage en acier pour traverser les éventuels plans de rupture en traction. Renfort en acier sert à limiter la formation de fissures et de crack de largeurs, augmentant la durée de vie de la structure. Sels de déglaçage et d’autres produits chimiques sont empêchés de pénétrer et la corrosion de l’acier d’armature. Rigidité de la charpente est maintenue et déflexions à long terme sont réduites et l’aspect esthétique des structures en béton est amélioré.

Dans cette vidéo, nous effectuerons des tests afin de déterminer la résistance à la traction du béton et comparez renforcé en béton non armé.

Dans le béton, une très mince couche faible entre le mortier et l’agrégat, appelée la zone de transition interfaciale, se traduit par la très faible résistance à la traction. Parce que la conception des bétons ordinaires est poussée par la nécessité de maximiser le contenu total et de minimiser le volume de mortier, l’espacement des particules est très faible, avec jusqu'à 40 % le volume de mortier composé du matériau ITZ plus faible. L’eau / ciment pendant le mélange et le durcissement dans le domaine de l’interphase, local, plus grande, se traduit par plus faible structure cristalline dans le ITZ. Cette condition, couplée avec la concentration de contraintes autour des particules agrégats irréguliers, mène à la craquelure préférentiel dans ce domaine.

Pour tester les propriétés de traction du béton, une méthode appelée le test du cylindre split est souvent utilisée. Une force de compression est appliquée ce qui entraîne une contrainte de traction uniforme, horizontale, en dehors de la charge appliquée.

Une corrélation est généralement vu entre les forces de traction et de compression, bien que typiques coefficients de variation pour ces relations sont élevés. Une autre méthode utilisée est une configuration de test flexion quatre points. Dans ce test, la fibre supérieure est en compression et en bas, en tension. Lorsque la résistance à la traction est atteinte au fond, une fissure se forme provoquant l’échec immédiat.

Pour ce test, on voit une corrélation similaire des forces de traction et de compression. Le faisceau de résultats de tests dans les prédictions de la capacité de résistance à la traction, généralement de 30 à 50 % plus grand que le test de tension de split. Mais parce que la fissuration en de nombreux éléments en béton est en raison de la flexion, les valeurs provenant des essais de faisceau sont généralement utilisés dans la conception. Pour comparer fibré pour béton armé, des barres d’acier sont placés dans la partie traction inférieure d’une poutre et ensuite testés.

Dans la section suivante, nous mesurer la résistance à la traction d’en béton non armé à l’aide de l’essai de tension de split et comparer la traction de non armé et le béton armé, en utilisant le test de tension du faisceau.

Pour ces tests, utilisez les cylindres de l’échantillon qui ont été préparés dans notre vidéo discutant de béton frais. Utilisez une fine bande de bois de balsa et une barre en acier rigide pour aider à distribuer les charges uniformément des têtes cylindriques de chargement dans la machine d’essai de compression. Tracez une ligne le long du diamètre à chaque extrémité de l’échantillon, en coupant le cylindre. Ensuite, centrez une bande en bois et des barres en acier rigide le long du centre du bloc de roulement inférieur de la machine d’essai.

Maintenant, placez la bouteille sur le strip et aligner afin que les lignes de marquage sur les extrémités de l’échantillon sont vertical et centré sur la bande. Ensuite, placez la deuxième bande en bois et des barres en acier sur la longueur sur le dessus de la bouteille. Ensuite, abaissez le haut responsable de la machine d’essai de chargement jusqu'à ce que l’Assemblée est attachée dans la machine.

Appliquer la charge compressive lentement et continuellement jusqu'à ce que l’échantillon n’est en tension de split. Enfin, enregistrer la charge maximale appliquée. Examiner la surface de rupture et d’estimer le pourcentage d’agrégat qui a fracturé. Répétez ce processus pour le deuxième cylindre avoir une idée de la variation.

Construire deux poutres en béton, sans armature et renforcé avec 2 numéros trois barres situés à environ 0,5 pouces du fond. Les barres ont des crochets aux extrémités pour éviter un échec de bar-arrachement. Les deux faisceaux est 4 pouces par 4 pouces en coupe transversale avec 16 pouces de longueur non pris en charge.

Retirez la longrine soigneusement et installez-le dans le setup. Puis installer un appareil d’essai flexion quatre points dans la machine d’essai comme indiqué. Le test est appelé un essai de flexion quatre points parce que nous avons deux appuis aux extrémités et charge deux points sur le troisième point.

Allumez la machine d’essai et d’activer le logiciel pour lire la charge et les déformations. Ensuite, appliquez la charge compressive lentement et continuellement jusqu'à ce que le spécimen échoue. Enregistrer la charge maximale appliquée. Enfin, examiner la surface de rupture et d’estimer le pourcentage d’agrégat qui a fracturé.

Répétez le même protocole pour la poutre en béton armé. Dans ce cas, une armature en acier en bas ou traction latérale du faisceau, empêche soudains cassants échecs. Comme le béton commence à craquer, l’acier commence à relever les forces de traction. Cette technique fonctionne aussi longtemps que les barres d’acier, qui ont des déformations de surface pour les aider à transférer des forces du concret, sont bien ancrés.

Calculer la résistance à la traction de la charge de compression maximale atteinte pendant l’essai de traction de split. Pour ces tests, la moyenne était de 388 lb/po2 avec une déviation standard de 22,2 lb/po2.

Calculer la résistance à la traction de la charge de compression maximale atteinte pendant l’essai de traction de faisceau. Pour ces tests, la moyenne était 522,9 lb/po2. Nous pouvons comparer les poutres non armés et en béton armé en regardant leurs courbes de déformation de charge.

Les deux faisceaux d’abord, suivi un parcours similaire avec de légères différences de rigidité initiale, probablement en raison de changements dans les conditions de prise en charge. Le faisceau non-armée a échoué dès la fissuration initiale s’est produite à une charge d’environ 450 livres, une charge à proximité de la résistance à la traction prévue. La poutre renforcée craqué à une charge plus élevée mais a regagné sa force rapidement, mais à une plus faible rigidité globale. La charge continue d’augmenter jusqu'à ce que l’acier commence à céder après quoi, la courbe commence à aplatir. Parce que l’acier est très malléable et souche se durcit, l’échec produit en grandes déformations.

Une comparaison des deux courbes montre la différence spectaculaire de performance. La différence de force est très grande, mais il est à noter que ceci est lié à la zone de l’acier utilisé.

Maintenant que vous appréciez le besoin de renfort en acier dans le béton, regardons quelques applications courantes. En utilisant juste un à 1 à 1,5 % en acier sur l’aire de la section béton peut faire des structures en béton qui sont économiques, sécuritaires et fournir le bon état de fonctionnement. Plusieurs stades de football, comme le stade Soldier Field de Chicago, envers leurs formes uniques en béton armé.

Frank Lloyd Wright a mis au monde de l’architecture moderne en béton armé. Faisant usage de sa capacité à maintenir son intégrité en porte-à-faux non pris en charge, Wright a utilisé le matériel dans certaines de ses plus grandes œuvres, dont Fallingwater en Pennsylvanie.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE pour essais de compression sur béton durci en tension. Vous devriez maintenant comprendre la nature fragile des échecs de traction dans le béton et connaître les tests de laboratoire standard pour déterminer la force du non armé et en béton armé sous tension.

Merci de regarder !

Results

La résistance à la traction de la charge de compression maximale atteinte pendant l’essai de traction de split est donnée par la formule suivante :
ft = 2Pmax / (πDL)
où D est le diamètre (pouces), L est la longueur (pouces) et Pmax est la force de compression maximale (lb) atteint au cours de l’essai de traction. Pour ces tests, la moyenne était de 388 lb/po2 avec une déviation standard de 22,2 lb/po2 (tableau 1).

Test # Equation 1(lb/po2) P (lbs) Equation 2(lb/po2) Equation 3
1 4780 18456 367.17 5.31
2 4780 20678 411.38 5.95
3 4780 19385 385.65 5.58
Moyenne = 388.07 5.61
St. dév 22.20 0,32

Le tableau 1. Résultats de l’essai de traction de split.

La résistance à la traction de la charge de compression maximale atteinte pendant l’essai de traction de faisceau est donnée par la formule suivante :
ft = PmaxL / (bd2)
où d est la profondeur (pouces), b est la largeur, L est la longueur (pouces), et Pmax est la force de compression maximale (lb) atteint au cours de l’essai de traction. Cette formule est valable pour le cas où les charges sont appliquées aux points de troisième. Pour ces tests, la moyenne était 522,9 lb/po2 (tableau 2).

Test # Equation 1(lb/po2) P (lbs) Equation 2(lb/po2) Equation 3
1 4780 2675 501,6 7.3
2 4780 2903 544.3 7.9
Moyenne = 522.9 7.6
St. dév 30,23 0,44

Le tableau 2. Résultats de l’essai de traction de faisceau.

La courbe contrainte-déformation pour les poutres non armés et en béton armé est indiquée sur la Fig. 1. Le faisceau non-armée probablement suivi le même chemin de charge initialement, mais a échoué dès que la fissuration initiale s’est produite. Le renforcé montre une légère discontinuité lorsque la fissuration initiale s’est produite et une rigidité légèrement plus bas qu’il commence à ramasser la charge à nouveau dans son état fissuré. La charge continue d’augmenter jusqu'à ce que le béton commence à céder, lorsque la courbe commence à aplatir. Cependant, parce que l’acier est très malléable et déformation-durcit, la charge va continuer à augmenter légèrement et défaillance se produira à très grandes déformations lorsque écrase le béton sur le dessus.

Figure 1
Figure 1 : Courbes de comparaison de charge-flèche pour Maçonneries non (bleu) et renforcés (rouges) des poutres en béton à (a) petites charges et (b) grandes charges (courbes pleines).

Applications and Summary

Le test a démontré la nature fragile des échecs de traction dans le béton et a montré que la résistance à la traction n'est qu’une fraction (1/8 à 1/12) celle de la résistance à la compression. Échecs fragiles de ce type pourraient avoir des conséquences catastrophiques pour la sécurité humaine, et donc toutes les structures en béton doivent être renforcées avec des barres en acier (ou similaires) pour prendre des forces de traction. Une comparaison de la courbe de charge-déformation pour les poutres non armés et armés montrent non seulement que ce dernier possède une plus grande force, mais aussi la capacité de grandes déformations.

La clé pour la sécurité et la performance à long terme des structures en béton est de fournir un renfort en acier dans les zones de fortes contraintes de traction et de cisaillement. En général, la quantité d’acier nécessaire pour atteindre cet objectif est faible, l’ordre de 1 à 1,5 % de la superficie de la section béton. Cette petite quantité signifie que des structures en béton peuvent être économique, sécuritaire et fournir le bon état de fonctionnement. En outre, la capacité de jeter le béton dans n’importe quel désiré forme donne architecte grande marge de manœuvre dans l’élaboration esthétique des structures.

1. Test de Tension Split

  1. Pour ce test, utilisez les cylindres de l’échantillon qui ont été préalablement préparées (voir JoVE vidéo " "essais sur béton frais""). Obtenir deux fines bandes de balsa bois ou similaire (environ 1/8" x 1"" x 8 large épais' long) afin de répartir les charges sur les cylindres.
  2. Mesurer les dimensions des deux cylindres. Tracez une ligne le long du diamètre à chaque extrémité de l’échantillon en coupant le cylindre.
  3. Centrer une bande le long du centre du bloc de roulement inférieur de la machine d’essai.
  4. Placez la bouteille sur le strip et aligner afin que les lignes de marquage sur les extrémités de l’échantillon sont vertical et centré sur la bande.
  5. Placer une seconde bande longitudinale sur le cylindre.
  6. Abaissez le haut responsable de la machine d’essai de chargement jusqu'à ce que l’Assemblée est attachée dans la machine.
  7. Estimation au maximum le spécimen de chargement peut prendre en supposant que la résistance à la traction soit 6c f' , où f'c est la résistance nominale béton.
  8. Appliquer la charge compressive lentement (à environ 100 lb/po2 à 200 lb/po2 par min.) et continuellement jusqu'à ce que l’échantillon n’est en tension de split.
  9. Enregistrer la charge maximale appliquée.
  10. Examiner la surface de rupture et d’estimer le pourcentage d’agrégat qui a fracturé.

2. Test de Tension faisceau

  1. Construire une poutre en béton avec un 4 x 4 po cross section et 36 po de longueur.
  2. Installer un appareil d’essai flexion 4 points dans la machine d’essai.
  3. Retirez le faisceau soigneusement et installez-le dans le critère mis en place.
  4. Allumez la machine d’essai et d’activer le logiciel pour lire la charge et les déformations.
  5. Estimer la charge maximale de l’échantillon peut prendre, en supposant que la résistance à la traction est 7,5c f' et appliquez la charge compressive lentement (à environ 100 lb/po2 à 200 lb/po2 par minute) et sans interruption jusqu'à ce que le spécimen échoue.
  6. Enregistrer la charge maximale appliquée.
  7. Examiner la surface de rupture et d’estimer le pourcentage d’agrégat qui a fracturé.

3. renforcée poutre Test

  1. Construire une poutre béton, renforcée avec des barres de deux #3 (diamètre de 3/8 po) située à environ 0,5 po du bas. Les barres ont des crochets aux extrémités pour empêcher une barre échec d’arrachement. La poutre est de 4 po x 4 po en coupe transversale avec un 36 pouces de longueur non pris en charge.
  2. Installer un appareil d’essai flexion 4 points dans la machine d’essai.
  3. Retirez le faisceau soigneusement et installez-le dans le critère mis en place.
  4. Allumez la machine d’essai et d’activer le logiciel pour lire la charge et les déformations.
  5. Estimer la charge maximale de l’échantillon peut prendre, en supposant que la résistance à la traction est 7,5c f' et appliquez la charge compressive lentement (à environ 100 lb/po2 à 200 lb/po2 par minute) et sans interruption jusqu'à ce que le spécimen échoue.
  6. Enregistrement de la charge appliquée et déformations en cours de test.

Béton armé a une plus grande force que le béton non armé, car l’acier dans la section renforcée peut être utilisé pour transporter des grandes forces de traction, que seront démontrées dans ce laboratoire de test.

Béton peut supporter de très grandes contraintes sous la force de compression uniaxiale. Cependant, les échecs observés ne sont pas compression dans la nature mais échecs le long des plans de cisaillement où se produit une force de traction maximale. Cet soudain type de défaillance est inacceptable dans des applications structurales et la plupart béton est renforcée avec acier d’augmenter sa résistance et ductilité.

Dans des applications pratiques, les barres sont ajoutées dans un modèle de cage en acier pour traverser les éventuels plans de rupture en traction. Renfort en acier sert à limiter la formation de fissures et de crack de largeurs, augmentant la durée de vie de la structure. Sels de déglaçage et d’autres produits chimiques sont empêchés de pénétrer et la corrosion de l’acier d’armature. Rigidité de la charpente est maintenue et déflexions à long terme sont réduites et l’aspect esthétique des structures en béton est amélioré.

Dans cette vidéo, nous effectuerons des tests afin de déterminer la résistance à la traction du béton et comparez renforcé en béton non armé.

Dans le béton, une très mince couche faible entre le mortier et l’agrégat, appelée la zone de transition interfaciale, se traduit par la très faible résistance à la traction. Parce que la conception des bétons ordinaires est poussée par la nécessité de maximiser le contenu total et de minimiser le volume de mortier, l’espacement des particules est très faible, avec jusqu'à 40 % le volume de mortier composé du matériau ITZ plus faible. L’eau / ciment pendant le mélange et le durcissement dans le domaine de l’interphase, local, plus grande, se traduit par plus faible structure cristalline dans le ITZ. Cette condition, couplée avec la concentration de contraintes autour des particules agrégats irréguliers, mène à la craquelure préférentiel dans ce domaine.

Pour tester les propriétés de traction du béton, une méthode appelée le test du cylindre split est souvent utilisée. Une force de compression est appliquée ce qui entraîne une contrainte de traction uniforme, horizontale, en dehors de la charge appliquée.

Une corrélation est généralement vu entre les forces de traction et de compression, bien que typiques coefficients de variation pour ces relations sont élevés. Une autre méthode utilisée est une configuration de test flexion quatre points. Dans ce test, la fibre supérieure est en compression et en bas, en tension. Lorsque la résistance à la traction est atteinte au fond, une fissure se forme provoquant l’échec immédiat.

Pour ce test, on voit une corrélation similaire des forces de traction et de compression. Le faisceau de résultats de tests dans les prédictions de la capacité de résistance à la traction, généralement de 30 à 50 % plus grand que le test de tension de split. Mais parce que la fissuration en de nombreux éléments en béton est en raison de la flexion, les valeurs provenant des essais de faisceau sont généralement utilisés dans la conception. Pour comparer fibré pour béton armé, des barres d’acier sont placés dans la partie traction inférieure d’une poutre et ensuite testés.

Dans la section suivante, nous mesurer la résistance à la traction d’en béton non armé à l’aide de l’essai de tension de split et comparer la traction de non armé et le béton armé, en utilisant le test de tension du faisceau.

Pour ces tests, utilisez les cylindres de l’échantillon qui ont été préparés dans notre vidéo discutant de béton frais. Utilisez une fine bande de bois de balsa et une barre en acier rigide pour aider à distribuer les charges uniformément des têtes cylindriques de chargement dans la machine d’essai de compression. Tracez une ligne le long du diamètre à chaque extrémité de l’échantillon, en coupant le cylindre. Ensuite, centrez une bande en bois et des barres en acier rigide le long du centre du bloc de roulement inférieur de la machine d’essai.

Maintenant, placez la bouteille sur le strip et aligner afin que les lignes de marquage sur les extrémités de l’échantillon sont vertical et centré sur la bande. Ensuite, placez la deuxième bande en bois et des barres en acier sur la longueur sur le dessus de la bouteille. Ensuite, abaissez le haut responsable de la machine d’essai de chargement jusqu'à ce que l’Assemblée est attachée dans la machine.

Appliquer la charge compressive lentement et continuellement jusqu'à ce que l’échantillon n’est en tension de split. Enfin, enregistrer la charge maximale appliquée. Examiner la surface de rupture et d’estimer le pourcentage d’agrégat qui a fracturé. Répétez ce processus pour le deuxième cylindre avoir une idée de la variation.

Construire deux poutres en béton, sans armature et renforcé avec 2 numéros trois barres situés à environ 0,5 pouces du fond. Les barres ont des crochets aux extrémités pour éviter un échec de bar-arrachement. Les deux faisceaux est 4 pouces par 4 pouces en coupe transversale avec 16 pouces de longueur non pris en charge.

Retirez la longrine soigneusement et installez-le dans le setup. Puis installer un appareil d’essai flexion quatre points dans la machine d’essai comme indiqué. Le test est appelé un essai de flexion quatre points parce que nous avons deux appuis aux extrémités et charge deux points sur le troisième point.

Allumez la machine d’essai et d’activer le logiciel pour lire la charge et les déformations. Ensuite, appliquez la charge compressive lentement et continuellement jusqu'à ce que le spécimen échoue. Enregistrer la charge maximale appliquée. Enfin, examiner la surface de rupture et d’estimer le pourcentage d’agrégat qui a fracturé.

Répétez le même protocole pour la poutre en béton armé. Dans ce cas, une armature en acier en bas ou traction latérale du faisceau, empêche soudains cassants échecs. Comme le béton commence à craquer, l’acier commence à relever les forces de traction. Cette technique fonctionne aussi longtemps que les barres d’acier, qui ont des déformations de surface pour les aider à transférer des forces du concret, sont bien ancrés.

Calculer la résistance à la traction de la charge de compression maximale atteinte pendant l’essai de traction de split. Pour ces tests, la moyenne était de 388 lb/po2 avec une déviation standard de 22,2 lb/po2.

Calculer la résistance à la traction de la charge de compression maximale atteinte pendant l’essai de traction de faisceau. Pour ces tests, la moyenne était 522,9 lb/po2. Nous pouvons comparer les poutres non armés et en béton armé en regardant leurs courbes de déformation de charge.

Les deux faisceaux d’abord, suivi un parcours similaire avec de légères différences de rigidité initiale, probablement en raison de changements dans les conditions de prise en charge. Le faisceau non-armée a échoué dès la fissuration initiale s’est produite à une charge d’environ 450 livres, une charge à proximité de la résistance à la traction prévue. La poutre renforcée craqué à une charge plus élevée mais a regagné sa force rapidement, mais à une plus faible rigidité globale. La charge continue d’augmenter jusqu'à ce que l’acier commence à céder après quoi, la courbe commence à aplatir. Parce que l’acier est très malléable et souche se durcit, l’échec produit en grandes déformations.

Une comparaison des deux courbes montre la différence spectaculaire de performance. La différence de force est très grande, mais il est à noter que ceci est lié à la zone de l’acier utilisé.

Maintenant que vous appréciez le besoin de renfort en acier dans le béton, regardons quelques applications courantes. En utilisant juste un à 1 à 1,5 % en acier sur l’aire de la section béton peut faire des structures en béton qui sont économiques, sécuritaires et fournir le bon état de fonctionnement. Plusieurs stades de football, comme le stade Soldier Field de Chicago, envers leurs formes uniques en béton armé.

Frank Lloyd Wright a mis au monde de l’architecture moderne en béton armé. Faisant usage de sa capacité à maintenir son intégrité en porte-à-faux non pris en charge, Wright a utilisé le matériel dans certaines de ses plus grandes œuvres, dont Fallingwater en Pennsylvanie.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE pour essais de compression sur béton durci en tension. Vous devriez maintenant comprendre la nature fragile des échecs de traction dans le béton et connaître les tests de laboratoire standard pour déterminer la force du non armé et en béton armé sous tension.

Merci de regarder !

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