Comportement sismique des structures en béton ordinaire et en béton à haute performance armé

Seismic behaviour of normal and high-strength reinforced concrete

• Auteur / Autrice : Frederic Legeron
• Direction : Jacky Mazars, Patrick Paultre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC
• Jury : Président / Présidente : Bernard Halphen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean Proulx
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Denis Mitchell, Jean-Marie Reynouard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton

Génie parasismique

Béton armé

Mots clés libres

Calcul construction

Calcul structure

Résumé

Les éléments de structures en béton à haute performance (BHP) ont longtemps été considérés comme étant fragiles. Ceci retarde l'utilisation du BHP en zone sismique et contribue à une certaine défiance des ingénieurs vis-à-vis du BHP. Afin de compléter la base de données actuelle et d'apporter des éléments de réponse sur le comportement des structures en BHP arme, une étude expérimentale a été réalisée sur 12 poteaux de taille réelle en BHP confinés par des étriers rectangulaires et soumis à une sollicitation combinée de compression constante et de flexion alternée. La résistance du béton utilisé variait entre 78 et 110 MPa. L'influence de l'espacement des étriers, du taux de charge axiale, de la résistance en compression et de la limite élastique des étriers ont été étudiées. Les résultats de cette étude expérimentale montrent que les poteaux suffisamment bien confinés se comportent de manière ductile même sous forte charge axiale. Ainsi, des poteaux ont atteint des déplacements ultimes huit fois supérieurs à leur déplacement élastique. Cependant, certains poteaux se sont comportés de manière fragile. L’influence du niveau de charge axiale, celle de l’espacement des étriers et de la résistance en compression ont été nettement observées. Il est montré que les étriers à haute limite élastique peuvent s'avérer une solution appropriée pour assurer une ductilité adéquate aux poteaux. Néanmoins, le gain de ductilité n’est pas assuré dans tous les cas et les indicateurs classiques ne permettent pas d’en évaluer l’amplitude. Par ailleurs, un indicateur développé par Cusson et Paultre (1995) et modifié dans le cadre de cette thèse reflète bien la capacité de ductilité des poteaux. Un modèle de confinement est proposé à partir du modèle de Cusson et Paultre (1995), et est adapté aux poteaux en béton ordinaire et en BHP confiné par des armatures à limite élastique normale ou élevée sous sollicitation de compression et de flexion. En effet, si des modèles permettent de bien prédire le comportement de poteaux sur des plages limitées de résistance en compression et pour des limites élastiques des étriers, une approche continue entre le BHP et le béton ordinaire, et pour toute limite élastique des étriers, a été privilégiée ici. Un modèle de comportement cyclique des aciers d'armature est proposé. Enfin, une procédure originale permettant de traiter la localisation observée sur les poteaux en flexion cyclique est développée. Le comportement de 107 poteaux ayant été testés en compression centrée par d’autres auteurs est prédit et comparé aux résultats expérimentaux. Ceci permet de valider le modèle de confinement. Le comportement de 25 poteaux soumis à la flexion cyclique testés par d’autres auteurs, en plus des 12 poteaux testés lors de cette étude, est prédit et se compare favorablement à l’expérience. Sur les poteaux testés dans cette étude, le comportement cyclique est calculé en utilisant un modèle cyclique de type Takeda, ainsi qu’un programme d’éléments finis non linéaire (EFICOS) utilisant des éléments poutres multicouches et une loi de comportement issue de la mécanique et de l’endommagement. Dans ces deux modélisations, les paramètres des lois de comportement sont identifiés à partir des modèles proposés. Le comportement est globalement bien prédit par le modèle de type Takeda, quoique quelques écarts ponctuels entre la réponse et l’expérience soient enregistrés. Le programme EFICOS permet de suivre presque parfaitement le déplacement en tête des poteaux et est utilisé pour prédire le comportement d’un pont testé à l’«European Laboratory for Structural Assessment (ELSA) » en Italie. Les déplacements en tête de piles sont bien prédits. Ceci permet de valider la procédure mise en place. Les outils ainsi développés et validés permettent de revoir les divers types de conception parasismique des structures et d’évaluer le potentiel d’utilisation du BHP. A partir de l’étude présentée, quelques recommandations sur la modélisation et le comportement des structures composées de poutres et de poteaux en béton ordinaire et en BHP armé confinés par des étriers sont formulées. Enfin, des voies de recherche pouvant compléter cette étude sont indiquées.