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Thèse soutenue

Renforcement d'éléments structuraux en béton armé à l'aide de matériaux composites : analyse fine de la zone d'ancrage

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Auteur / Autrice : Veronica Sierra Ruiz
Direction : Michel Grédiac, Jean-François Destrebecq
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie civil
Date : Soutenance en 2002
Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2

Résumé

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Le collage externe de matériaux composites s'avère comme une méthode prometteuse pour la réparation de structures de génie civil. La mise en oeuvre de cette technique est relativement simple. Elle est de surcroît intéressante d'un point de vue économique. Cependant, si elle apporte de nouvelles solutions, elle entraîne aussi des problèmes spécifiques. En particulier, le mode de rupture par peeling-off du béton d'enrobage sous-jacent au renfort composite présente un caractère fragile. Il est provoqué par la concentration de contraintes dans la zone d'ancrage à l'extrémité du renfort. Le présent travail cherche à étudier les phénomènes dont cette zone est le siège afin de proposer une méthode de calcul pour son dimensionnement. Une étude à la fois analytique, expérimentale et numérique a été conduite dans ce but. Dans un premier temps, une analyse bibliographique montre la diversité des méthodes et des approches existantes pour modéliser le comportement de la zone d'ancrage et pour prédire la contrainte maximale dans le joint de colle entre le composite et le béton. Des modèles analytiques, très rigoureux mais complexes, et des modèles empiriques, plus simples à manipuler, ont été trouvés dans la littérature. Partant de ces éléments, un modèle analytique est proposé dans la continuité de l'analyse bibliographique. Il résume et unifie les modèles déjà disponibles en donnant les expressions analytiques des distributions des déformations et des contraintes dans la liaison béton composite. Dans un deuxième temps, une étude expérimentale du mécanisme d'interaction béton/composite a été menée. Elle comprend des essais de compression, de traction et de flexion. Les essais ont été réalisés du cas le plus simple (compression axiale) au plus complexe (moment fléchissant plus effort tranchant) en terme de chargement et de réponse structurelle. Ainsi, les résultats des essais de compression constituent une aide précieuse pour définir les essais de traction et analyser les résultats qui en découlent. De même, les essais de traction aident à définir puis à analyser les essais de flexion. Des corps d'épreuve de taille réduite en béton armé renfocés avec des plaques unidirectionnelles en carbone/époxyde ont été utilisés. L'instrumentation est basée principalement sur les jauges de déformation collées sur le béton et le renfort composite et sur des techniques de mesure optiques qui permettent de suivre l'évolution de la fissuration dans la zone d'ancrage et de mettre en évidence de manière précise le mécanisme de rupture par peeling-off. La confrontation des résultats expérimentaux et analytiques montre un décalage entre théorie et expérimentation. Des calculs par éléments finis confirment les résultats expérimentaux et mettent en évidence la carence du modèle analytique. Cette analyse comparative a permis de proposer une correction du modèle analytique pour compenser cette insuffisance. La modélisation numérique fournit aussi des éléments pour évaluer l'influence de la fissuration sur la répartition des contraintes à l'interface dans la zone d'ancrage. Sur cette base, un critère de rupture par peeling-off est proposé. Finalement, une règle simple de dimensionnement des éléments sollicités en traction ou flexion est proposée dans la dernière partie de ce travail à partir de l'ensemble des résultats obtenus