Comportement structurel du béton à hautes performances (flexion et effort tranchant)

Structural behaviour of hight performance concrete (bending and shear)

• Auteur / Autrice : Mostefa Hamrat
• Direction : Sofiane Amziane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cisaillement (mécanique)

Flexion (mécanique)

Barres d'armature

Poutres en béton

Modèles mathématiques

Propriétés mécaniques

Béton à hautes performances

Mots clés libres

Recommandations réglementaires à l'effort tranchant

Résumé

Le comportement structurel du béton à hautes performances (BHP) reste insuffisamment investigué, comparativement à la littérature abondante sur le béton ordinaire (BO). En l’absence de résultats et de données expérimentales conséquents, les modèles de conception développés pour le BO ont été extrapolés au BHP et ont donc besoin de plus de calibration. Dans ce contexte, une étude expérimentale a été conçue pour étudier le comportement structurel en flexion de 42 poutres en BO armé et en BHP armé; les essais ont été faits en flexion 4-points. Les essais sur des poutres en flexion ont montré que la capacité portante des poutres en BHP est plus élevée (6 à 20%) que celles des poutres en BO. En outre, sous un niveau de sollicitation fixé (l’état limite de service), l’emploi du BHP est plus efficace que celui du BO pour retarder l’apparition de la fissuration et, d’autre part, pour réduire fortement les ouvertures de fissures. A la ruine, on a observé également un meilleur comportement des poutres en BHP qui se sont avérées plus ductiles que les poutres en BO; la valeur moyenne de l’indice de ductilité pour les poutres en BHP est 1,37 fois celles des poutres en BO. Les essais sur la résistance à l’effort tranchant des poutres sans armatures transversales ont montré que l’accroissement de la résistance du béton (44 MPa à 85 MPa) augmente la capacité portante à l’effort tranchant d’une poutre de 7 à 14. Ce constat dénote, qu’à la difference du béton ordinaire, le mécanisme de l’effet d’engrènement des granulats est inefficace dans la capacité de résistance à l’effort tranchant d’une poutre en BHP. Les résultats d��essais ont prouvés aussi que les différentes prédictions théoriques [ACI 318, BS8110, Eurocode 2 et BAEL ] de la contribution du béton à l’effort tranchant ne reflètent pas correctement l’augmentation de la capacité de cisaillement des poutres avec de courtes portées de cisaillement (a/d  1. 5). Pour a/d  2. 0, les recommandations des modèles pour la résistance à l’effort tranchant données dans les quatre règlements sont mieux adaptés aux poutres en BO et poutres en BHP qui exhibent un comportement d’action de poutre. Des formules ont été proposées dans ce travail pour estimer la contribution du béton à la résistance à l’effort tranchant. Ces formules donnent des résultats presque semblables à l’Eurocode-2, notamment pour les poutres en BHP. En ce qui concerne les poutres avec armatures transversales, une rupture fragile par fissuration diagonale est assumée pour les poutres contenant  =2. 4 % (à l'exception des poutres ayant a/d =3. 0) et ce quel que soit le type de béton. Par contre, une rupture ductile se produit pour les poutres faiblement armées ( =1. 2 %) (à l'exception des poutres ayant a/d =1. 5) pour les deux types de béton (BO et BHP). Par ailleurs, la capacité portante en effort tranchant n’est que faiblement améliorée (20 à 50%), et ce contrairement aux orientations des règlements considérés dans ce travail qui prédisent une amélioration signifiante variant de 85 à 220%.

The structural behaviour of high performance concrete (HPC) remains insufficiently investigated, compared to the abundant literature on the ordinary concrete (OC). In the absence of results and experimental data consequent, the design models developed for the OC have been extrapolated to HPC and therefore needs more calibration. In this context, an experimental study was conceived to study the structural behaviour of 42 reinforced concrete beams with OC and HPC; the tests were made in 4 points bending. The tests on beams in bending showed that the strength capacity of beams in HPC is higher (6 to 20%) than those of beams in OC. In addition, under a given load level (the serviceability limit state), the use of HPC is more efficient than the OC to delay the cracking occurrence and, hence, to strongly reduce the cracks widths. At failure, it was also observed a better behaviour of beams in HPC that were more ductile than beams in OC; the average value of the ductility index for beams in HPC is 1. 37 times those of the beams in OC. The tests on strength capacity of beams without transverse reinforcement showed that increasing the compressive strength (44 MPa to 85 MPa) increases the shear capacity of a beam from 7 to 14. This finding indicates that, unlike the ordinary concrete, the aggregate interlock mechanism is ineffective in the strength capacity of a beam in HPC. The test results also proved that the different theoretical predictions [ACI 318, BS 8110, Eurocode 2 and BAEL] of the contribution of the concrete to the strength capacity do not accurately reflect the increase in shear capacity of beams with shorter shear spans (a/d  1. 5). For a/d  2. 0, the recommendations of the models for the shear capacity given in the four codes are better suited to beams in OC and beams in HPC which exhibit ‘beam action’ behaviour. New Formulae have been proposed in this work to estimate the contribution of concrete to the shear capacity. These formulae give results almost similar to Eurocode-2, especially for the beams in HPC. Regarding the beams with transverse reinforcement, brittle fracture by diagonal cracking occurred in beams containing  = 2. 4% (except for the beams with a/d = 3. 0) and this for the two types of concrete. On the other hand, a ductile failure occurs for the slightly reinforced beams ( = 1. 2 %) (except for the beams having a/d = 1. 5) for the two types of concrete (OC and HPC). Moreover, the shear capacity is only slightly improved (20 to 50%); this in contradiction with the orientations of the codes considered in this work which predict a significant improvement varying from 85 to 220%.