Contribution à l'étude de la réparation et du renforcement des poutres endommagées en béton armé avec matériaux composites

Contribution to the study of the repair and reinforcement of damaged reinforced concrete beams with composite materials

• Auteur / Autrice : Abdelkrim Laraba
• Direction : Habib-Abdelhak Mesbah, Nasr Eddine Chikh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 18/12/2017
• Etablissement(s) : Rennes 1 en cotutelle avec Université Mentouri (Constantine, Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : ComuE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie civil et génie mécanique (LGCGM)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites

Réparations

Poutres en béton

Mots clés libres

Béton

Flexion

Poutres

Endommagement

Renforcement

Réparation

NSM

PRF

PRFC

PRFV

PRFA

Ductilité

Rigidité

Efficacité

Modélisation

Méthode des plans d’expériences

Concrete

Bending

Beams

Damage

Reinforcement

Repair

MFS

PRF

Ductility

Rigidity

Efficiency

Modeling

Experimental design method

Résumé

Ce présent travail concerne les aspects de la réparation et du renforcement des ouvrages utilisant des matériaux composites et plus particulièrement, il traite le cas des poutres en béton endommagées. La méthode de renforcement des ouvrages en béton par collage de matériaux composites est une pratique qui connaît actuellement un essor important. Dans cette optique, on propose d’apporter une contribution à l’analyse du comportement des poutres endommagées en béton par matériaux composites. La nouvelle méthode de renforcement interne NSM (Near Surface Mounted) consiste en l’insertion de bandes de Polymères Renforcées de Fibres (PRF) dans des engravures préparées préalablement dans le béton d'enrobage des surfaces tendues, remplies de résines époxydiques pour fixation. Pour construire un système renforcé de NSM efficace, les armatures en PRF doivent être en mesure de transférer ses efforts longitudinaux développés à l'élément de flexion en béton armé afin d'assurer l’action du composite, avec une compatibilité de déformation des matériaux. Les spécimens testés sont composés de poutres coutres avec une section rectangulaire de (100 mm x180 mm) et une longueur de 1300 mm renforcés avec PRFC-NSM. D’autres spécimens de poutres rectangulaires ont été testés avec une section de 200 mm x 400 mm et une longueur de 2300 mm, les renforts en PRF utilisés sont des plats ou des joncs. Les paramètres étudiés dans ce travail concernent la classe de résistance en compression, le taux de renfort, le type de composite et le degré d’endommagement. L’étude expérimentale sur le comportement des poutres endommagées puis renforcées sollicitées en flexion 4 points a dévoilé beaucoup de critères de performances en termes de ductilité, de rigidité et de capacité portante. Une modélisation analytique a été menée afin de comparer les réponses moment-courbure analytiques avec celles obtenues expérimentalement. Une fois cette modélisation validée, l’approche analytique a été couplée avec la méthode des plans d’expériences dans le but d’évaluer l’influence de différents paramètres et leurs interactions tels que le type de renfort (carbone, Joncs, aramide), le taux d’armatures passives et de renfort et la classe de résistance sur les réponses concernant la capacité portante et la ductilité des poutres renforcées.

This work deals with aspects of repair and reinforcement of structures and in particular, it deals with the case of damaged concrete beams. The method of reinforcing concrete structures by adhesive bonding of composite materials is a practice which is currently undergoing a major expansion. In this context, we propose to contribute to the analysis of the behavior of damaged concrete beams by composite materials. The new NSM (Near Surface Mounted) internal reinforcement method consists of the insertion of carbon fiber reinforced polymer (PRFC) strips in pre-prepared etchings in the encapsulation concrete of stretched surfaces filled with epoxy resins for fixing. To build an effective NSM reinforced system, FRP reinforcements must be able to transfer its developed longitudinal forces to the reinforced concrete flexure element to ensure the action of the composite with material deformation compatibility. The specimens tested consist of beams with a rectangular section (100 mm x 180 mm) and a length of 1300 mm reinforced with PRFC-NSM. Other specimens of rectangular beams were tested with a section of 400 mm x 800 mm and a length of 2300 mm, the FRP reinforcements used were either plates or rods. The parameters studied in this work concern the strength of the concrete, the reinforcement rate, the type of composite, the degree of damage. The experimental study on the behavior of damaged beams, then reinforced and subjected to bending, revealed many performance criteria in terms of ductility, stiffness and bearing capacity. Analytical modeling coupled with the experimental design method was carried out in order to evaluate the responses of the beams tested according to the interaction of the different parameters such as the reinforcement type (carbon, joncs, aramid), the Passive and reinforcement rates and strength class of reinforced beams.