Approches locales et globales du comportement de dalles en béton armé renforcées par matériaux composites

Local and global mechanical behaviour of the RC slabs reinforced by composites materials

• Auteur / Autrice : Laurent Michel
• Direction : Patrice Hamelin, Emmanuel Ferrier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Lyon 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dalles en béton

Composites

Résumé

Le domaine du génie civil est en constante évolution et, ces dernières années, un nouveau domaine a fortement progressé : celui de la maintenance des ouvrages. En effet, un très grand nombre d’ouvrages d’art ou de bâtiments se retrouvent dégradés pour de multiples raisons tels que les accidents routiers, les hausses de trafics, les modifications d’aménagement dans les bâtiments ou encore les actions climatiques. Pour résoudre ces problèmes, deux solutions principales s’offrent aux maîtres d’ouvrage : la démolition ou la réparation, éventuellement renforcée. La technique de renforcement par matériaux composites s’intègre dans cette éventualité. Les coûts relativement acceptables et la mise en œuvre rapide font de cette solution technique, une solution de plus en plus appréciée. La technique du renforcement par matériaux composites se traduit par l’encollage de tissus ou de plats réalisés en fibres, de carbone ou de verre en règle générale, sur un support en béton. Dans une structure, tous les types d’éléments peuvent être renforcés. Beaucoup d’études portent sur les comportements de poutres et de poteaux, réalisés en béton armé, renforcés par matériaux composites. Il en ressort que le renforcement permet d’augmenter très fortement les efforts repris et de diminuer les flèches. Au niveau de l’élément dalle, le nombre de recherches est beaucoup plus faible, le travail présenté, entre dans ce cadre. La partie expérimentale a permis de valider le fait que les dalles béton armé connaissent deux types majeurs de rupture : une rupture par flexion et une rupture par poinçonnement. La rupture par flexion, ductile, se traduit par une fissuration importante de la dalle et par une flèche non négligeable. Le schéma de fissuration est souvent en étoile, c’est-à-dire que les fissures partent du centre de la dalle et se dirigent vers les extrémités, en règle générale vers les angles de celle-ci. La rupture par poinçonnement est quant à elle très fragile. Peu de fissures apparaissent avant la ruine proprement dite de la structure. Le poinçonnement se traduit par l’enfoncement d’un cône de béton au sein de la dalle. C’est un phénomène local qui entraîne la ruine de la structure tout entière. Les essais expérimentaux, menés sur une quantité importante de spécimens d’étude, ont servi à analyser les effets d’un éventuel renforcement de structure. Il en découle que le renforcement par matériaux composites des dalles béton armé ne change pas les types de ruine des structures mais permet d’atteindre des valeurs ultimes beaucoup plus importantes et de diminuer les flèches. Il est important de noter que le renforcement est plus efficace sur les éléments minces sensibles à la flexion. Une validation expérimentale, des différents paramètres influençant le comportement des dalles BA renforcées, a été menée. Un modèle numérique a été développé afin de prédire le type de rupture qu’une dalle est censé avoir en fonction de ses caractéristiques géométriques et matériaux. Ce modèle permet de définir la charge maximale atteinte ainsi que les flèches et déformations au cours du chargement. Enfin, une approche réglementaire a été validée mettant en place une méthode de calcul simple, facilement exploitable par les bureaux d’études du secteur du génie civil

The civil engineering domain is in a constant evolution and, these last years, the reinforcement sector progressed a lot. An important number of reinforced concrete structures are damaged due to accidents, building redevelopment or climatic actions. The reinforcement by composites materials allows to the RC structures, formerly damaged, get back in initial behavior. The reinforcement by composites materials correspond to the bonding of CFRP in the damaged area. The reinforcement by composites materials can be applied to all components of RC structures (beams, columns and slabs). Researches, in beams and columns, show that the loads and the deflection evolve. The ultimate load increase strongly and the deflection decrease with the reinforcement by composites materials sections increase. For slabs studies, two types of failure appear the first called bending failure and the second punching. The bending failure, ductile, corresponding to important cracks near by composite extremity. The punching, brittle, failure corresponds at the vertical displacement of concrete cone in the slab depth. Punching is a local phenomenon brings about the failure of structure. The results present the reinforcement of RC slabs is better when the depth of the structure is small. For the reinforced slabs behavior, the conclusions are the same that the beam structures, the reinforcement by composites materials improve the ultimate load and decrease the deflection value. So use these conclusions in the structure design, a numerical model is developed. The calculation allows defining the ultimate load of structures, to calculate the different strains (in steel and composites) as drawing the deflection during the loading. At last, a recommendation method allows the reinforcement by composites materials use in the civil engineering design offices is proposed