renforcement des poutres en beton arme a l’effort tranchant par materiaux composites

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

N dordre : .

Srie : .

Mmoire

Prsent en vue de lobtention du Diplme de Master en gnie civil

Option

Voies et ouvrages dart

Thme

Renforcement des poutres en bton arm leffort tranchant par matriaux composites

tude comparative rglementaire-

Prsent par:

CHETTAH Mahieddine GUERRAICHE Newfel

Encadreur : Prof. Chikh - N Universit des frres MENTOURI.

Juin 2015

MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE DES FRERES MENTOURI

CONSTANTINE

Facult des Sciences de la Technologie

Dpartement : Gnie civil

:

i

Remerciements

Nous remercions ALLAH, le tout puissant qui nous a guid et donn la force et

la volont de raliser ce travail.

Nous remercions tout dabord le Professeur Mr CHIKH-N de nous avoir

propos ce sujet de mmoire, de lattention quil a port notre travail et des

moments de discussions prcieuses quil nous a rserv. Nous le remercions

infiniment pour sa confiance, ses prcieux conseils, sa disponibilit et sa

courtoisie.

Nos sincres remerciements sont aussi adresss envers nos collgues pour un

temps agrable et une ambiance exemplaire passe ensemble.

Toute notre gratitude, notre reconnaissance et nos trs vifs remerciements tous

ceux qui ont contribu de prs ou de loin et en particulier l'ensemble des

enseignants du dpartement de gnie civil de Constantine, notre formation.

Pour terminer, nous tenons sincrement remercier nos parents et toutes nos

familles qui nous ont soutenus dans nos choix et nous ont encourag raliser

cette mmoire.

ii

Ddicaces

Merci Allah de m'avoir donn la capacit d'crire et de rflchir, la force

d'y croire, la patience d'aller jusqu'au bout du rve et le bonheur.

Cest un grand Plaisir que je ddie ce modeste travail :

Mon cher pre et ma chre mre;

Mes trs chers frres: Abd El-ghani, Issam-Eddine, et ma petite sur :

Kawther ;

Qui ont support avec moi toutes les difficults matrielles, financires et

morales qui se sont poses moi pendant la priode de ralisation de ce

travail.

A toute ma famille : ma grande mre, mes oncles, mes tantes, mes

cousins et mes cousines ;

A tous mes amis et plus particulirement : Yasmine et Fouad, avec qui

nous avons partag des bons et mauvais moments ;

A mon binme GUERRAICHE NEWFEL pour son aide ;

A toute la promo de voies et ouvrages dart 2015 ;

Enfin, a tous ceux que jaime et ceux qui maiment.

**CHETTAH MAHIEDDINE**

iii

Ddicaces

iv

Rsum :

Le renforcement leffort tranchant des lments en bton arm avec des polymres renforcs

de fibres (PRF) colls en surface, est en fait un sujet de recherche loin d'tre compltement

rsolu.

Ce mmoire traite le cas des poutres en bton arm. Il prsente une tude comparative des

prescriptions relatives au renforcement leffort tranchant entre les guides internationaux

existants.

Son but est de contribuer, travers des investigations thoriques et exprimentales obtenues

de la littrature la comprhension du comportement des poutres en bton arm renforces

leffort tranchant l'aide de PRF.

Il prsente galement une analyse des paramtres majeurs influenant la contribution du

composite la rsistance leffort tranchant en relation avec les quations actuelles des

diffrentes normes.

Enfin, une reprsentation des diffrentes tapes ncessaires un tel processus d'tude pour

choisir certains des paramtres et tudis, et les rsultats attendus qui peuvent tre obtenues

par le recours la revue de la littrature.

Mots cls : polymre renforc de fibres (PRF), renforcement leffort tranchant, poutre en

bton arm, norme, paramtre.

v

SOMMAIRE

Page

NOTATIONS........ ix LISTE DES FIGURES...... xi LISTE DES TABLEAUX..... xiv INTRODUCTION GNRALE......

1

CHAPITRE 1: GNRALITS........ 3 1.1 Introduction .......... 3 1.2 Les principales causes de dsordres affectant les ouvrages...... 3 1.3 Les diffrentes techniques de renforcement...... 5 1.3.1 Renforcement par chemisage en bton arm......... 5 1.3.2 Renforcement par chemisage en acier....... 6 1.3.3 Renforcement par des tles colles....... 7 1.3.4 Renforcement des structures par prcontraintes additionnelles.... 8 1.3.5 Renforcement des structures par matriaux composites renforcs de fibres. 10 1.3.5.1 Historique et avantages.. 10 1.3.5.2 Applications... 11 1.3.5.3 Le principe de la rparation...

11

CHAPITRE 2: LES MATRIAUX COMPOSITES......... 12 2.1 Introduction .......... 12 2.2 Polymres renforcs de fibres PRF ......... 12 2.3 Les constituants dun polymre renforc de fibres....... 13 2.3.1 Les fibres....... 13 2.3.1.1 Les fibres de carbone (PRFC).... 13 2.3.1.2 Les fibres de verre (PRFV).... 14 2.3.1.3 Les fibres d'aramides (PRFA)....... 14 2.3.1.4 Les fibres de basaltes (PRFB)....... 14 2.3.1.5 Les Caractristiques des fibres et renforts .... 15 2.3.2 Les matrices............... 16 2.3.2.1 Les rsines thermodurcissables (TD)..... 17 2.3.2.2 Les Rsines thermoplastiques (TP)....... 17 2.3.3 Les diffrentes techniques de mise en uvre des matriaux composites PRF..... 18 2.3.3.1 Le moulage au contact....... 19 2.3.3.2 Le moulage au sac (sous vide)....... 19 2.3.3.3 Pultrusion....... 19 2.3.3.4 Collage de plaques composites..........

20

CHAPITRE 3: COMPORTEMENT D'UNE POUTRE EN BTON ARM A LEFFORT TRANCHANT .......... 21

3.1 Introduction .......... 21 3.2 Fissuration......... 21 3.3 Modes de rupture....... 22 3.3.1 Le type de poutre........... 22 3.3.2 Les dimensions des poutres (effet dchelle)........ 23 3.3.3 Le taux d'armature longitudinale (l'effet goujon).......... 24 3.3.4 Le taux darmature transversale.... 25 3.3.5 Leffort axial.. 25 3.4 Modles de calcul leffort tranchant des poutres en bton arm.... 25 3.4.1 Modle du treillis 45 (Truss model).......... 25 3.4.2 Modle du treillis angle variable........ 26 3.4.3 Thorie du champ de compression (Compression Field Theory)......... 28

vi

3.4.4 Thorie modifie du champ de compression (Modified Compression Field

Theory)...... 29 3.5 Calcul leffort tranchant des poutres en bton arm selon les normes et codes. 31 3.5.1 Le code BAEL91........... 31 3.5.2 Le rglement EC2.......... 31 3.5.3 La norme Amricaine ACI 318-05............ 32 3.5.4 La norme Canadienne CSA-A23.3-04...... 33 3.5.5 La norme Canadienne CSA-S6-06.... 34 3.5.6 La norme Franaise AFGC-03.......... 36 3.5.7 La norme Italienne CNR-DT200-04......... 36 3.5.8 La norme Europenne FIB-TG 9.3. 2001......

36

CHAPITRE 4: COMPORTEMENT D'UNE POUTRE EN BTON ARM

RENFORCE AU MOYEN DE MATERIAUX COMPOSITES

LEFFORT TRANCHANT....... 37 4.1 Introduction .......... 37 4.2 Diffrentes configurations de renforcement leffort tranchant....... 38 4.2.1 Configuration latrale........ 39 4.2.2 Configuration transversale............ 40 4.3 Modes de rupture....... 41 4.3.1 Le dcollement du renfort composite............ 41 4.3.2 La dlamination du renfort composite....... 42 4.3.3 La fracture des fibres..... 42 4.3.4 L'crasement du bton....... 42 4.4 Paramtres influenant la poutre renforce par composite... 43 4.4.1 Effet du rapport a/d........... 43 4.4.2 Effet des Proprits du PRF.......... 44 4.4.3 Effet de la configuration du renfort PRF .............. 45 4.4.4 Effet de l'acier transversal......... 45 4.4.5 Effet de l'acier longitudinal....... 46 4.4.6 Effet d'chelle............

47

CHAPITRE 5: SYNTHSE BIBLIOGRAPHIQUE............. 48 5.1 Introduction .......... 48 5.2 J-D. Berset (1992)..... 48 5.2.1 Rsum.......... 48 5.2.2 Programme Exprimental.............. 49 5.2.3 Rsultats et Discussion.......... 49 5.2.4 Modle propos............. 50 5.2.5 Conclusions........... 50 5.3 A. Khalifa et A. Nanni (2000)........... 50 5.3.1 Rsum.......... 50 5.3.2 Programme Exprimental.............. 51 5.3.3 Rsultats et Discussion.......... 53 5.3.4 Modle propos............. 55 5.3.5 Comparaison entre les rsultats exprimentaux et les valeurs calcules 56 5.3.6 Conclusions........... 57 5.4 B. Tljsten (2003)................. 57 5.4.1 Rsum.......... 57 5.4.2 Programme Exprimental.............. 58 5.4.3 Rsultats et Discussion.......... 60 5.4.4 Modle propos............. 61 5.4.5 Comparaison entre les rsultats exprimentaux et les valeurs calcules 62 5.4.6 Conclusions........... 62

vii

5.5 G. Monti et M-A. Liotta (2007)................ 63 5.5.1 Rsum.......... 63 5.5.2 Programme Exprimental.............. 63 5.5.3 Rsultats et Discussion.......... 65 5.5.4 Modle propos............. 66 5.5.5 Comparaison entre les rsultats exprimentaux et les valeurs calcules 69 5.5.6 Conclusions........... 69 5.6 A. Mofidi et O. Chaallal (2014)................ 70 5.6.1 Rsum.......... 70 5.6.2 Programme Exprimental.............. 70 5.6.3 Rsultats et Discussion.......... 71 5.6.4 Modle propos............. 73 5.6.5 Comparaison entre les rsultats exprimentaux et les valeurs calcules 75 5.6.6 Conclusions........... 75 5.7 Rsum des recherches sur le renforcement des poutres en bton arm

par collage de PRF leffort tranchant..

76

CHAPITRE 6: CALCUL LEFFORT TRANCHANT DES POUTRES EN BTON ARM RENFORCES PAR MATERIAUX COMPOSITES SELON

LES NORMES ET CODES....................................................... 77 6.1 Introduction .......... 77 6.2 Ajout de la contribution du PRF la rsistance leffort tranchant..... 77 6.2.1 La norme Amricaine ACI 318-05............ 77 6.2.2 La norme Canadienne CSA-A23.3-04...... 78 6.2.3 La norme Canadienne CSA-S6-06.... 80 6.2.4 La norme Franaise AFGC-03.......... 80 6.2.5 La norme Italienne CNR-DT200-04......... 82 6.2.6 La norme Europenne FIB-TG 9.3. 2001...... 83 6.3 Comparaison entre les codes......... 88 6.3.1 Leffort tranchant exprimental versus leffort tranchant calcul......... 88 6.4 Conclusion.........

93

CHAPITRE 7: PROTOTYPE EXPRIMENTAL............................................. 94 7.1 Introduction .......... 94 7.2 Dtails exprimentaux....... 94 7.2.1 Poutres mises l'essai dans la phase 1.............. 95 7.2.2 Poutres mises l'essai dans la phase 2.............. 95 7.3 Proprits des matriaux....... 96 7.3.1 Bton............. 96 7.3.2 Acier.......... 97 7.3.3 Matriaux composite......... 98 7.3.3.1 Les fibres....... 98 7.3.3.2 Essai en traction......... 98 7.3.3.3 La rsine......... 99 7.4 Ralisation des poutres en bton arm...... 99 7.4.1 Prparation des Armatures................ 100 7.4.2 Prparation de la surface des barres.......... 100 7.4.3 Mise en place des jauges de dformation internes.... 100 7.4.4 Coulage des poutres en bton arm................... 101 7.4.4.1 Essais de cne dAbrams....... 101 7.4.4.2 Prparation des prouvettes cylindriques.. 102 7.4.4.3 Essai de compression.......... 102 7.4.4.4 Essai de traction par fendage..... 103 7.5 Collage du tissu......... 103

viii

7.5.1 Prparation du support bton................. 104 7.5.2 Mise en place des jauges de dformation du bton externes......... 104 7.5.3 Prparation de la colle....... 104 7.5.4 Dcoupages des matriaux composites............. 105 7.5.5 Pose du tissu.......... 105 7.5.6 Jauges de dplacement.......... 105 7.6 Procdure exprimentale....... 106 7.6.1 Chargement appliqu................. 106 7.6.2 Capteurs de dplacement........... 107 7.6.3 Mise l'essai et acquisition des donnes....... 107 7.7 Analyse des rsultats................. 108 7.7.1 Modes de rupture........... 108 7.7.2 Phase 1........... 108 7.7.3 Phase 2........... 110 7.8 Comparaison des rsultats des tests aux prvisions des normes........... 111 7.9 Conclusion.............

112

CONCLUSION GNRALES....

113

RFRENCES BIBLIOGRAPHIQUES.. 115

ix

NOTATIONS

BA : Bton arm

PRF : Polymre Renforc de Fibre

PRFA : Polymre Renforc de Fibre dAramide PRFB : Polymre Renforc de Fibre de Basalte

PRFC : Polymre Renforc de Fibre de Carbone

PRFV : Polymre Renforc de Fibre de Verre

: Dimension des granulats

: La surface du PRF

: Aire des cbles de prcontrainte

: Laire de larmature longitudinale : La section des armatures transversales : Section darmature transversale pour une distance > bv : Largeur effective de la poutre

D : Effort de compression exerc dans les bielles de bton

: La hauteur utile de la section : La profondeur effective du PRF

dv : Distance entre les aciers longitudinaux infrieurs et suprieurs

: Module d'lasticit dacier : Module dlasticit des cbles de prcontrainte

: Module de dformation longitudinale du PRF

: La rsistance en compression du bton fd : Contrainte de compression dans les bielles de bton

: La limite dlasticit des armatures transversales : La rsistance caractristique la traction du bton

fty : Rsistance en traction des armatures transversales

: Contraintes principales de traction

: Contrainte principale de compression du bton

: Contrainte principale maximale de compression du bton

jd : Distance entre le centre de gravit de larmature longitudinale tendue et celui du bloc

comprim

: Coefficient qui tient compte de la rsistance de bton : Coefficient qui tient compte de configuration : Coefficient de rduction : La longueur de la liaison efficace : La longueur de la liaison quivalente

: Moment pondr lappui intermdiaire

: Le moment flchissant ultime n Nombre de couches de PRF

N : Effort de traction exerc sur les armatures longitudinales

: Charge axiale pondre normale la section P : Effort vertical exerc sur la poutre

: Coefficient de rduction : Le rayon arrondi du coin : La rsistance caractristique du bton cubique

s : Espacement entre les armatures transversales

: Lespacement entre les bandes PRF

: Paramtre despacement des fissures : La valeur quivalente de l'espacement des fissures verticales dans l'me

x

: Lpaisseur du PRF

: Epaisseur de la dalle V : Effort de cisaillement dans la section

: Leffort tranchant repris par le PRF

: Leffort tranchant repris par le bton : Leffort tranchant repris par lacier transversal : La largeur du PRF

: La largeur effective du PRF

Lettres grecques : : Angle entre les bielles de bton et les armatures horizontales

: Coefficient indiquant l'endommagement du bton : Coefficient partiel de scurit pour PRF

: Lallongement la traction ultime du PRF

: La dformation transversale dans le bton

: La dformation longitudinale dans le bton

: La dformation principale de compression dans la bielle : Angle des fissures diagonales par rapport 1' axe de la poutre

: Facteur tenant compte de la densit du bton : Taux de renfort en PRF

: Taux de renforcement de 1' acier transversal

: Le taux de renforcement longitudinal

: Le taux darmature longitudinale tendue

: La rpartition de contrainte de cisaillement

: Facteur de rsistance du bton

: Facteur de rsistance dacier

xi

LISTE DES FIGURES

Page

Figure 1 Evolution du trafic...... 3 Figure 2 Dispositions viter 4 Figure 3 Rnovation dune ancienne poutre...... 4 Figure 4 Ouverture de passages en dalles pour un ascenseur.... 4 Figure 5 Corrosion dune pile de pont .............................................................................. 5 Figure 6 Procdure de diminution des fissures. 5 Figure 7 Renforcement dune poutre avec chemisage en bton arm... 6 Figure 8 Diffrents schmas de renforts des poutres par chemisage en bton.. 6 Figure 9 Renforcement dune poutre avec chemisage en Acier 7 Figure 10 Application de plats mtalliques selon le procd de LHermite... 7 Figure 11 Diffrents schmas de renforcement des poutres par plaques dacier :

(a- flexion ; b- cisaillement) 8 Figure 12 Renforcement des poutres par prcontraintes additionnelles. 8 Figure 13 Types de prcontrainte additionnelle.. 7 Figure 14 Diffrent cas dapplication du PRF 11 Figure 15 Principe dune rparation par matriaux composites.. 11 Figure 16 Diffrentes lois de comportements des fibres. 12 Figure 17 Organigramme des diffrentes familles de fibres... 13 Figure 18 Quelques formes disponibles de renforts en fibres. 15 Figure 19 Organigramme des diffrentes familles de matrices... 16 Figure 20 Moulage au contact. 19 Figure 21 Moulage au sac de tissu pr-imprgn 19 Figure 22 Schma du procd de pultrusion... 19 Figure 23 Diffrentes sections de PRF pultrudes. 19 Figure 24 Renforcement de poutres vis--vis de leffort tranchant 20 Figure 25 Types de fissures dans une poutre en bton arm... 21 Figure 26 Porte de cisaillement. 22 Figure 27 Une poutre en BA endommage par la perte de ladhrence due au

cisaillement. 22 Figure 28 Une poutre en BA endommage par la contrainte principale oblique 23 Figure 29 Une poutre en BA endommage par la compression due au cisaillement.. 23 Figure 30 Une poutre en BA endommage par endommage par flexion.. 23 Figure 31 Influence de la taille de la poutre sur la rsistance en cisaillement 24 Figure 32 volution de la rsistance ultime en cisaillement en fonction du taux

d'armature longitudinale pour diffrents types d'acier 24 Figure 33 Influence de l'effort axial sur la rsistance en cisaillement du bton.. 25 Figure 34 Analogie de treillis.. 26 Figure 35 Equations dquilibre du modle du treillis 45... 26 Figure 36 Reprsentation en ventail et en champ de compression des diagonales dans

le modle du treillis. 27 Figure 37 Simplification par Marti du modle du treillis angle variable. 27 Figure 38 quilibre des forces dans le modle du treillis angle variable. 27 Figure 39 Les dformations dans un lment fissur en bton arm.. 28 Figure 40 Relation contrainte-dformation dans un lment fissur.. 29 Figure 41 Distribution des contraintes de tension dans les bielles comprimes. 29 Figure 42 quilibre des forces dans la thorie modifie du champ de compression.. 30 Figure 43 Dfinition de et pour dterminer ... 32 Figure 44 Tissus en matriaux composites. 37 Figure 45 Comparaison de comportement entre les poutres renforces et celles non

renforces 37 Figure 46 Comparaison de comportement entre diffrents matriaux 38 Figure 47 Renfort continu vertical.. 39

xii

Figure 48 Renfort continu inclin... 39 Figure 49 Renfort par bandes vertical. 39 Figure 50 Renfort par bandes inclin.. 39 Figure 51 Renforcement en face latrale 40 Figure 52 Renforcement en U : (a- sans ancrage ; b- avec ancrage).. 40 Figure 53 Renforcement par confinement.. 41 Figure 54 Schma dune poutre dont la rupture sest produit par dcollement du renfort

composite... 41 Figure 55 Schma dune poutre dont la rupture sest produit par dlamination du renfort

composite 42 Figure 56 Schma dune poutre dont la rupture sest produit par fracture des fibres. 42 Figure 57 Influence du rapport a/d sur le gain en charge d au PRF.. 43 Figure 58 Dformation effective du renfort en PRF en fonction de sa rigidit.. 44 Figure 59 Influence de la configuration du renfort PRF sur les modes de rupture. 45 Figure 60 Influence du taux d'acier transversal sur le gain en charge d au PRF :

poutres profondes; b- poutres lances)... 46 Figure 61 Influence du taux d'acier longitudinal sur le gain en charge d au PRF. 46 Figure 62 Influence de la taille des poutres sur le gain en charge d au PRF. 47 Figure 63 La gomtrie et la disposition des prouvettes : (a- l'armature d'acier ;

b- Feuilles de PRFV ; c- la section de poutres renforces)... 48 Figure 64 Courbes charge/dformation pour les diffrentes poutres testes.. 49 Figure 65 Dtaille et dimensions des poutres.. 51 Figure 66 Installation dprouvettes et configurations de renforcement. 53 Figure 67 Le systme dancrage pour la poutre BT6.. 53 Figure 68 Les rsultats exprimentaux en termes de charge/flche mi-porte 54 Figure 69 les modes de rupture... 54 Figure 70 Dimensions utiliss pour dfinir la zone de PRF : (a- bandes verticales;

b- bandes inclines) 55 Figure 71 Dtaille et dimensions des poutres pour lessai de flexion en quatre points.. 57 Figure 72 Diffrentes schma dprouvettes mises en test. 59 Figure 73 Mesure de la dformation sur la hauteur de la poutre une fissure de (45). 60 Figure 74 Courbe charge/dformation pour les diffrentes poutres mises en test.. 60 Figure 75 Les dformations dans la direction des fibres 90% de la charge de rupture 61 Figure 76 Conception de base pour le calcul de la contribution des composites PRF au

cisaillement li des structures en bton 61 Figure 77 Dtaille et dimensions des poutres pour lessai de flexion en trois points. 63 Figure 78 Modes de rupture : (a) REF1; (b) REF2; (c) SS90; (d) SS45; (e) SSVA; (f)

SF90; (g) US90; (h) US60; (i) USVA; (j) USV+; (k) US45+; (l) US90 (2);

(m) UF90. 65 Figure 79 Modes de rupture: (a) REF3; (b) REF4; (c) US45 ++ (d) US45 + '' A ''; (e)

US45 ++ '' B ''; (f) US45 ++ '' C ''; (g) US45 + '' D ''; (h) US45 ++ '' E ''; (i)

US45 ++ '' F ''; (j) WS45. 66 Figure 80 Dimensions et rpartition des contraintes le long du PRF.. 67 Figure 81 Comparaison entre les rsultats des tests et les valeurs calcules des quations

proposes, le modle de Chen et Teng et lACI. 69 Figure 82 Dtails de poutres en bton arm: (a- lvation, b- prouvette sans armature

transversale, c- prouvette avec armature transversale). 70 Figure 83 Charge en fonction de: (a- la flche mi-porte, b- la dformation dans les

triers). 72 Figure 84 Charge en fonction de la flche mi-porte... 72 Figure 85 Les modes de rupture.. 73 Figure 86 Exemple de configuration des poutres en T avec un tissu PRF: (a- surface de

liaison colle latralement ; b- surface de liaison quivalente colle

latralement ; c- surface de liaison colle en forme de U ; d- surface de liaison

quivalente colle en forme de U).. 74

xiii

Figure 87 Comparaison entre les rsultats de test et les valeurs calcules suivant les

diffrents codes... 92 Figure 88 Tableaux Excel utiliss dans les calcules.... 93 Figure 89 Caractristiques des poutres mises l'essai dans la phase 1... 95 Figure 90 Caractristiques des poutres mises l'essai dans la phase 2... 96 Figure 91 Courbe Contrainte-dformation obtenue dun essai de traction simple sur

lacier.. 97 Figure 92 chantillons dun tissu bidirectionnel en PRFC. 98 Figure 93 Essai de traction sur prouvette composite. 99 Figure 94 Courbe Contrainte-dformation obtenue dun essai de traction dune

prouvette en PRFC 99 Figure 95 Ferraillage des poutres 100 Figure 96 Prparation de surface dune barre dacier. 100 Figure 97 La disposition de jauges avant le coulage du bton 101 Figure 98 Btonnage... 101 Figure 99 Essai standard daffaissement. 101 Figure 100 Mise en place du bton dans les prouvettes cylindriques. 102 Figure 101 Courbes contrainte-dformation obtenue dun essai de compression sur le

bton... 102 Figure 102 Essai de traction par fendage.. 103 Figure 103 Dcoffrage des poutres... 103 Figure 104 Prparation de surface du support bton..... 104 Figure 105 Jauge de dformations externes.............................................. 104 Figure 106 Rsine poxy pour tissu de renforcement... 105 Figure 107 Mesure et dcoupage du tissu en fibres de carbone... 105 Figure 108 Pose du renfort en PRFC. 105 Figure 109 Jauges de dplacement 106 Figure 110 Squence de chargement des spcimens: (a) profond; (b) lanc... 106 Figure 111 Disposition des jauges et des capteurs de dplacement.. 107 Figure 112 Essai de flexion 3 points. 107 Figure 113 Systme d'acquisition des donnes..... 108 Figure 114 Modes de ruptures des poutres testes.... 108 Figure 115 Courbes Effort-flche mi-porte- Phase 1.... 109 Figure 116 Dformations du bton selon diffrentes paisseurs du PRFC- Phase 1.... 110 Figure 117 Courbes Effort-flche mi-porte- Phase 2.... 111

xiv

LISTE DES TABLAUX

Page

Tableau 1 Comparatif des mthodes de renforcement ... 9 Tableau 2 Proprits de matriaux composites par secteur 10 Tableau 3 Proprits mcaniques des fibres de renforcement .... 15 Tableau 4 Comparaison qualitative entre les fibres..... 16 Tableau 5 Caractristiques physiques et mcaniques des rsines thermodurcissables

(TD).................................................................................................................... 17

Tableau 6 Proprits des rsines thermoplastiques (TP). 18 Tableau 7 Comparaison entre les deux types de rsines...... 18 Tableau 8 Comparaison entre les diffrents modes de ruptures en fonction des types de

poutres..... 22 Tableau 9 Comparaison entre les diffrents modes de ruptures en fonction des types de

poutres renforces par PRF. 43 Tableau 10 Description des prouvettes testes.... 49 Tableau 11 Proprits des matriaux. 49 Tableau 12 Rsultats des tests... 50 Tableau 13 Proprits des matriaux..... 51 Tableau 14 Comparaison entre les rsultats des tests et les valeurs calcules.. 56 Tableau 15 Proprits des matriaux et les diffrents modes de rupture... 59 Tableau 16 Comparaison entre les rsultats des tests et les valeurs calcules.. 62 Tableau 17 Diffrentes schma, notation et la capacit de cisaillement exprimentale des

poutres testes..... 64 Tableau 18 Proprits du PRFC.... 71 Tableau 19 Rsultats exprimentaux..... 71 Tableau 20 Comparaison du entre les rsultats des tests, les valeurs calcules du

modle proposes et les diffrentes normes en fonction du coefficient .... 75 Tableau 21 Proprits des poutres testes et les paramtres tudies ... 76 Tableau 22 Valeurs du facteur .. 78 Tableau 23 Rsume les quations des codes traits prcdemment.... 84 Tableau 24 Valeurs des diffrents paramtres... 88 Tableau 25 Les rsultats des , , et le gain suivant les diffrents codes... 89 Tableau 26 Comparaison entre et suivant les diffrents codes 90 Tableau 27 Paramtres dinfluences considres par les guides internationaux... 93 Tableau 28 Programme exprimental 94 Tableau 29 Composition et proprits du bton 97 Tableau 30 Proprits mcaniques de l'acier. 97 Tableau 31 Proprits des matriaux composites.. 98 Tableau 32 Proprits mcaniques des matriaux composites aprs lessai de traction... 99 Tableau 33 Charges, flche et mode de rupture - Phase 1. 109 Tableau 34 Charges, flche et mode de rupture - Phase 2. 110 Tableau 35 Contributions du bton et l'acier transversal : rsultats des tests versus

prdictions thoriques. 111 Tableau 36 Contributions du PRF : rsultats des tests versus prdictions thoriques... 112

1

INTRODUCTION GNRALE

Introduction :

La majorit des ouvrages de gnie civil construits en bton arm sont dimensionns

pour une dure de vie de cent ans en moyenne.

Cependant, cette dernire des fois dpasse par quelques constructions, ou rduite par

des diffrents types de dsordres, do la ncessit dun renforcement et/ou dune

rparation pour assurer la scurit des usagers avant darriver leur limite de vie utile.

Au cours des dernires annes, une mthode innovatrice de renforcement est propose.

Celle-ci consiste l'utilisation des matriaux composites base de fibres en polymre

(Polymre Renforc de Fibre, PRF), pour le renforcement externe des structures en

bton arm.

Grace leurs caractristiques mcaniques et physico-chimiques, leurs faibles densits,

leurs remarquables rsistances la corrosion, leurs trs bonnes tenues la fatigue ainsi

que leurs facilits dinstallation, les matriaux composites sont apparus trs clairement

comme la solution plusieurs problmes rencontrs.

En consquence, de nombreux aspects ont t abords, et de nombreux codes et

rglements ont t publis dans le monde (par exemple : ACI 440.2R, CSA S806, CSA

S6, AFGC, CNR-DT 200, FIB-TG 9.3).

Ces derniers, traitant du renforcement externe des poutres et des dalles en flexion et le

confinement des colonnes sont prsent des aspects bien documents.

Toutefois, le renforcement leffort tranchant des poutres en bton arm prsente un

certain degr de complexit, ce qui a ncessit des tudes approfondie (analytiques et

exprimentales) pour laborer des approches et modles de calculs.

Problmatique et objectifs:

Des tudes rcentes ont mis en vidence les principaux paramtres d'influence lis ce

phnomne qui nont toujours pas t inclus par les codes et les normes existants.

Lobjectif de ce travail est de mettre en relief ces principaux paramtres travers les

points suivants :

Prsenter une analyse exhaustive des paramtres majeurs influenant la

contribution du composite la rsistance des poutres en bton arm leffort

tranchant ;

Contribuer, travers des investigations thoriques et des comparaisons entre les

diffrentes tudes exprimentales, la comprhension du comportement des

poutres en bton arm renforces leffort tranchant l'aide de PRF ;

Prsente une tude comparative entre les quations actuelles des diffrents

guides internationaux existants.

2

Contenu de Mmoire :

Ce travail est organis en sept chapitres :

Elle commence par une introduction gnrale dont on dfinit au pralable la

problmatique du sujet et les objectifs recherchs.

Le premier chapitre prsente des gnralits sur les principales causes de dsordres

qui conduisent un renfort structurel et les diffrentes techniques de renforcement des

structures en bton arm.

Le deuxime chapitre prsente une introduction aux matriaux composites, leurs

constituants, leurs caractristiques mcaniques et physiques et les diffrents procds de

mise en uvre des renforts composites.

Le troisime chapitre prsente une revue sur le comportement des poutres en bton

arm leffort tranchant non renforces, les diffrents modes de ruptures ainsi les

diffrents modles et normes de calcul leffort tranchant.

Le quatrime chapitre prsente une revue sur le comportement des poutres en bton

arm leffort tranchant renforces par matriaux composite, les diffrentes

configurations de renforcement, les diffrents modes de ruptures et les paramtres

influenant.

Le cinquime chapitre prsente une synthse bibliographique de diffrentes tudes

exprimentales des chercheurs sur le renforcement des poutres en bton arm leffort

tranchant par collage extrieure de PRF.

Le sixime chapitre prsente les diffrentes quations de calcul de leffort tranchant

des poutres en bton arm renforces par matriaux composites selon les normes et

codes et une comparaison entre leffort tranchant exprimental recueillis de la littrature

et leffort tranchant calcul partir dun logiciel Excel de notre propre programmation

en se basant sur les formules dcrites prcdemment.

Le septime chapitre prsente un prototype exprimental dune tude, en numrant

les diffrentes tapes pour mener un essai de flexion 3 point sur des poutres en bton

arme renforces par PRF leffort tranchant et les rsultats obtenus grce cette

modle.

Ce travail est finalis par une conclusion gnrale qui fait une rvision des principales

conclusions tires de ce thme de recherche.

Chapitre 1 GNRALITS

3

CHAPITRE 1: GNRALITS

1.1. Introduction :

Le choix du procd de rparation et des matriaux mettre en uvre est du ressort du

maitre de louvrage ou du maitre duvre qui lassiste. Il est dfinit en fonction de la nature

et de limportance des dsordres constats en tenant compte des critres conomiques. [1]

Ce choix doit rsulter dune analyse prcise du processus de dgradation et implique de

procder systmatiquement a une auscultation et a un diagnostic pralable des structures

endommages.

Suivant les diffrentes causes de dsordres, les oprations de maintenance des ouvrages

consistent :

Les protger en limitant la corrosion et en assurant de meilleures conditions

dtanchit ;

Les rparer en cherchant compenser les pertes de rigidit ou de rsistance ;

Les renforcer en amliorant les performances et la durabilit de louvrage ;

Dempcher, si possible, le renouvellement des dsordres.

1.2. Les principales causes de dsordres affectant les ouvrages :

Accroissement des charges qui sollicitent la structure : Changement dusage de la structure (exemple: btiment dhabitation

rhabilit en centre commercial),

Augmentation du niveau dactivit dans la structure (exemple: anciens ponts soumis au trafic actuel),

Installation de machinerie lourde dans les btiments industriels.

Figue -1- Evolution du trafic

Dfauts dans le projet ou dans lexcution : armature insuffisante ou mal place, mauvais matriaux, dimensions insuffisantes des lments structurels.

Chapitre 1 GNRALITS

4

Figure -2- Dispositions viter

Rnovation des structures anciennes : prise en compte de renforts par des sollicitations non considres au moment

du projet ou de la construction (vibration, actions sismiques et autres),

connaissance des insuffisances de la mthode de calcul utilise lors de la conception, ainsi que des limitations montres par des structures calcules

durant une poque ou une priode,

vieillissement des matriaux avec une perte des caractristiques initiales.

Figure -3- Rnovation dune ancienne poutre

Changement de la forme de la structure : suppression de poteaux, piliers, murs porteurs, largissement de portes de

calcul,

ouverture de passages en dalles pour escaliers ou ascenseurs.

Figure -4- Ouverture de passages en dalles pour un ascenseur

Chapitre 1 GNRALITS

5

Dgts dans la structure : corrosion et diminution de la section des armatures dans le bton, impacts contre la structure, incendies.

Figure -5- Corrosion dune pile de pont

Ncessit damliorer les conditions en service : diminuer les dformations et flches, rduire lintensit des contraintes sur les armatures, diminuer louverture des fissures.

Figure -6- Procdure de diminution des fissures

1.3. Les diffrentes techniques de renforcement :

Il existe diffrentes techniques de renforcement :

1.3.1. Renforcement par chemisage en bton arm :

Ce procd a dailleurs longtemps t lune des techniques de rhabilitation les plus courantes. Il consiste en une augmentation considrable des sections par la mise en uvre dun ferraillage additionnel lancien lment et dun nouveau bton denrobage pour favoriser laccrochage. [2]

Chapitre 1 GNRALITS

6

Figure-7- Renforcement dune poutre avec chemisage en bton arm

Elle est utilise pour des poutres me verticale ; elle permet un enrobage des parties

latrales de lme et rend ainsi le renfort plus effectif.

Plusieurs solutions existent pour obtenir l'union entre la poutre originale et le renfort par

enrobage, les schmas suivant montrent les plus caractristiques [3]:

Figure-8- Diffrents schmas de renforts des poutres par chemisage en bton

1.3.2. Renforcement par chemisage en acier :

Ce type de renforcement est utilis gnralement pour les poteaux et moins pour les poutres;

lunion de la platine la structure peut se faire par : Collage, vissage, ou bien ancrage.

Afin d'viter le glissement, les lments en acier supplmentaires peuvent tre joints au

moyen de boulons d'extension ou lments de fixation spciaux. En variante, des produits

novateurs peuvent tre galement utiliss, tels que par exemple des rsines poxy ou collage

par mortier. La section transversale de profils en acier peut tre tout simplement plat ou

en forme diverse, selon les exigences de conception. [4]

Chapitre 1 GNRALITS

7

Cette technique permet damliorer considrablement la rsistance, dou son efficacit a t clairement dmontre, la fois par les recherches exprimentales et par des observations sur

le terrain effectues durant le sisme de Northbridge en 1994.

Figure-9- Renforcement dune poutre avec chemisage en Acier

1.3.3. Renforcement par des tles colles :

Ce renfort consiste au collage de bandes d'acier au moyen de rsines poxy soit pour

renforcer un lment, soit pour remplacer des aciers oublis, ou mal positionns.

La technique d'utilisation des tles d'acier colles a t utilise dans le monde entier depuis

plus de 40 ans et, depuis 1975, au Royaume-Uni des recherches antrieures ont montr que

les plaques d'acier colles aux faces latrales des poutres en bton arm peuvent amliorer

leur capacit de charge en cisaillement. [5]

tant donn son excution simple et reproductible, cette technique est largement utilise.

Elle ne ncessite pas de grandes paisseurs de bandes et peut tre applique tant sur des

poutres plates que sur des poutres me.

Figure-10- Application de plats mtalliques selon le procd de LHermite

Les matriaux utiliss :

La colle : c'est une rsine poxy choisie pour ses proprits d'adhrence sur

lacier ainsi que sur le bton.

Colle poxydique

Tle dacier Revtement anticorrosion

Chapitre 1 GNRALITS

8

Il faut bien noter que la colle napporte pas de rsistance mcanique, mais doit transmettre

les efforts.

La tle : les tles d'aciers sont gnralement de qualit courante, leur

paisseur est limite 3mm de faon leur permettre de suivre les courbures

du support.

Les plaques dacier colles peuvent tre utilises afin deffectuer un renforcement en flexion

ou en cisaillement.

Figure-11- Diffrents schmas de renforcement des poutres par plaques dacier

(a- flexion ; b- cisaillement) [6]

1.3.4. Renforcement des structures par prcontraintes additionnelles : Ce systme consiste ancrer des cbles en acier au niveau des latraux de la poutre en

suivant la ligne de distribution d'efforts. Les ancrages se font au moyen de fixations

mtalliques.

Les cbles sont ancrs et tendus. Ils sont ensuite couverts par un mortier spcifique. Cette

mthode est gnralement moins coteuse que les prcdentes mais ne permet pas dobtenir les mmes niveaux daugmentation de rsistances mcaniques. [7]

Figure-12- Renforcement des poutres par prcontraintes additionnelles

Chapitre 1 GNRALITS

9

Les diffrents tracs de la prcontrainte additionnelle : Le trac rectiligne :

Simple, plus pratiques et aussi facile le mettre en uvre.

Les pertes par frottement sont localises au niveau des zones d'ancrages.

Un cblage rectiligne permet damliorer la rsistance au cisaillement.

Le trac polygonal : Plus efficace que le trac prcdent, il consiste dvier les cbles.

La mise en uvre est plus complique, cause de la confection des dviateurs, mais c'est la conception la plus courante.

Les pertes par frottement sont un peu plus fortes que dans le cas d'un trac rectiligne. [8]

Un trac rectiligne Un trac polygonal

Figure-13- Types de prcontrainte additionnelle

- Le Tableau 1 prsente une tude comparative rapide des diffrentes techniques de renforcement prsentes dans cette section :

Tableau 1 : Comparatif des mthodes de renforcement

chemisage en

bton arm

chemisage en

acier

tles colles prcontraintes

additionnelles Avantages -Technique peu

coteuse du fait des

matriaux utiliss.

- Main duvre peu qualifie.

- Courte dure de

ralisation par rapport

au chemisage en bton.

- Bonne ductilit.

- Faible augmentation

des sections.

- il nexige que des interventions mineures sur

la structure ;

- il est dun emploi souple ;

- les renforts sont peu

encombrants.

- viter les efforts

concentrs importants

sur la structure ;

- elle est bien adapte

aux structures minces

et peut ferrailles.

Inconvnients - Augmentation des

sections donc du

poids de la structure.

- Les lments sont

plus encombrants et

mois esthtiques.

- Ncessit de mettre

hors service

louvrage renforcer pendant la dure des

travaux qui est

gnralement longue.

- Cots relativement

lev.

- Main duvre Qualifie (soudure).

- Problme de corrosion

ce qui ncessite un

entretien rgulier.

- Poids des chemises et

difficult de dcoupage.

- Augmentation de la

- loxydation (il demande une protection et un

entretien soign) ;

- impossibilit de

mobilisation de toute la

rsistance en traction des

tles, mme sous faible

paisseur (sollicitation le

long dune face) ;

- ncessit dune prparation spcifique de la

surface traiter (la raideur

- - - La prcontrainte ne

peut, elle seule,

fermer les fissures ;

- - - peuvent cres des

points durs et

- perturber le passage des efforts.

-

Chapitre 1 GNRALITS

10

- Transport des

matriaux.

- Ncessit de

coffrages.

- Mise en uvre souvent difficile.

rigidit en flexion ce qui

nest pas souhait dans le cadre du

renforcement

parasismique

(augmentation de

lnergie restitue lastiquement), sauf cas

particuliers (corrosion

ou manque initial des

armatures

longitudinales).

des tles ncessite une

surface parfaitement plane

pour assurer luniformit de lpaisseur de ladhsif) ;

- ncessit dun collage sous pression (vrins), pour

assurer une adhsion

suffisante et viter les bulles

dair dans la couche de rsine de collage ;

- impossibilit de

gnraliser cette technique

des surfaces importantes.

1.3.5. Renforcement des structures par matriaux composites renforcs de fibres :

1.3.5.1. Historique et avantages :

Initialement dveloppe par les industries navales et aronautiques dans la dcennie de

1940,

puis tendus plusieurs autres industries, dont l'industrie automobile et ptrochimique

(1960).

En raison de leurs:

bonnes performances mcaniques telles que la rsistance spcifique leve et la rigidit ;

faible densit ; grande endurance la fatigue ; amortissement lev ; un faible coefficient thermique ; une rsistance au feu et la corrosion ; l'limination de la ncessit dchafaudages et rduction des cots de main-d'uvre; lgret et durabilit, mme lorsqu'ils sont soumis des environnements relativement

agressifs.

Ces caractristiques avantageuses ont permis un intrt croissant dans l'industrie de la

construction, les principales applications industrielles de rhabilitations sont apparues en

Suisse fin 1991, puis en France partir de 1996. [9]

Tableau 2 : Proprits de matriaux composites par secteur

Chapitre 1 GNRALITS

11

1.3.5.2. Applications :

La plupart des applications travers le monde de la technique de renforcement par PRF

polymre renforc de fibres structures historiques se trouvent dans de vieux btiments

de maonnerie. Cependant, les structures faites de d'autres matriaux aussi, comme le bois et

en fonte, ou mme vieux bton, ont reu la mise niveau l'aide de PRF. [10]

En gnral, la techniques de renforcement avec des matriaux composites peut tre utilis

pour amliorer la ductilit ainsi que la capacit de rsistance en flexion et au cisaillement de

tous les lments structurels (poteaux, poutres, dalles, murs porteurs), les lments du pont

(piles, tablier) et dans certains cas, des structures en bton prcontraint existants.

Figure-14- Diffrent cas dapplication du PRF

1.3.5.3. Le principe de la rparation :

Daprs l'Association Franaise de Gnie Civil (AFGC), Le principe de la rparation peut tre dcrit par le schma ci-dessous o il est possible didentifier les diffrents lments du procd constructif : [11]

Figure-15- Principe dune rparation par matriaux composites

1- Le composite : association dun renfort (fibres) avec une matrice (polymre). 2- Linterface : est constitue soit de la colle soit de la rsine. 3- La couche de bton qui peut tre traite en surface (nettoyage, sablage, couche

dimprgnation, ragrage).

Chapitre 2 LES MATRIAUX COMPOSITES

12

CHAPITRE 2: LES MATRIAUX COMPOSITES

2.1. Introduction :

Les matriaux composites rsultent dun assemblage d'au moins de deux ou plusieurs composants de natures diffrentes non miscibles, dont les proprits se compltent pour

constituer un nouveau matriau qui possde des proprits plus performants que les

composants seuls ne possdent pas.

Exemples : le bton arm = composite (bton + armature en acier).

2.2. Polymres renforcs de fibres PRF :

Les matriaux composites en polymres renforcs de fibres PRF sont des produits de

synthse composs principalement de renforts (fibres) continues, ou discontinues, imprgns

par un liant appel matrice (rsines), do les proprits mcaniques sont notamment gouvernes par le comportement (rsistance et rigidit) des fibres.

Ils sont disponibles sous la forme de tiges, des grilles, des feuilles et des brins d'enroulement.

[12] Ces composants doivent tres compatibles et solidaires entre eux, ce qui introduit la notion

d'un agent de liaison.

Les fibres prsentent des rsistances en traction et des modules dlasticit nettement suprieurs aux matrices polymres qui assurent la cohsion du matriau composite. [13]

Les fibres utilises pour le renforcement prsentent un comportement lastique linaire

jusqu' la rupture.

Figure-16- Diffrentes lois de comportements des fibres

Dans le domaine du gnie civil, les composites unidirectionnels sont les plus courants. Le

comportement mcanique des matriaux composites dpend de plusieurs facteurs : le type et

lorientation de fibre, la fraction volumique de fibres, le type de matrice et la mthode de fabrication.


13

2.3. Les constituants dun polymre renforc de fibres :

2.3.1. Les fibres :

Les fibres (renforts) contribuent amliorer la rsistance mcanique et la rigidit du PRF.

Elles sont constitues de plusieurs filaments lmentaires dont les diamtres varient entre

5m et 25m.

Figure-17- Organigramme des diffrentes familles de fibres

Les exigences structurelles et fonctionnelles souhaitables des fibres dans les matriaux

composites sont : [14]

Un module d'lasticit lev,

Une haute rsistance et une bonne longation la rupture en traction,

Une bonne rpartition des efforts entre les diffrentes fibres,

La stabilit des proprits lors de la manipulation et la fabrication,

Luniformit du diamtre des fibres et de la surface,

Une duret leve,

La durabilit et un cot acceptable.

En gnie civil, les fibres les plus utilises pour fabriquer les renforts en PRF, sont :

2.3.1.1. Les fibres de carbone (PRFC):

Les fibres de carbone peuvent tre obtenues partir de brut de ptrole ou de charbon, ou bien

de manire synthtique au moyen de poly-acrylonitrile.

Il existe deux types de fibres de carbone, celles haute rsistance (HR) issues dune mise en

uvre par carbonisation, et celles haut module (HM) issues dune fabrication par

graphitisation.

Les fibres de carbone ont une trs bonne tenue thermique et un trs faible coefficient de

dilatation. De plus, les fibres de carbone sont inertes temprature ambiante et vis--vis de la

plupart des agents chimiques.

Renfort

Organiques

Polyesters

Aramides

Inorganiques

Minraux

Cramiques

Mtalliques

Verre

Carbone

Bore

Vgtaux

Bois

Coton papier jute


14

2.3.1.2. Les fibres de verre (PRFV) :

Les fibres de verre sont moins chres et prsentent une plus faible rsistance mcanique mais

une plus grande dformabilit, ce qui les rend la solution la plus utilise dans plusieurs

applications, tel que le gnie civil, l'industrie des bateaux et dautomobiles. Par contre Les

plus grands inconvnients des fibres de verre sont les problmes de relaxation (sensibilits

lhumidit) et leur dgradation par des phases alcalines, mais avec le choix correct de matrice

les fibres sont protges.

Les diffrents types de fibres de verre, classs selon leurs applications spcifiques, sont:

Verre E (Electrique) possdant d'excellentes proprits d'isolation lectrique (le moins cher) ;

Verre S (Rsistant) ayant de trs hautes rsistances et rigidit la traction (le plus cher) ;

Verre C (Chimique) stable chimiquement dans les environnements acides ; Verre AR (Alcali-Rsistant) utilis pour prvenir la corrosion par l'attaque alcaline

dans des matrices cimentaires ;

2.3.1.3. Les fibres d'aramides (PRFA) :

Les fibres d'aramide ont t introduites en 1971, elles sont obtenues partir de polymres

polyamides aromatiss. La structure de la fibre d'aramide est anisotrope et donne une plus

grande rsistance et un module dans la direction longitudinale de la fibre. [15]

Les fibres d'aramide sont produites par plusieurs fabricants sous diffrents noms de marque

telles que :

Kevlar (Dupont, USA) ;

Twaron (Akzo, Pays-Bas) ;

Technora (Teijin, Japon) ;

SVM (Russie).

Les principaux avantages de ces fibres porte sur :

leur trs grande tnacit qui leur confre une bonne rsistance au choc et la fatigue ; un comportement lastique en traction et ductile en compression.

Par contre Les fibres d'aramide sont sensibles aux tempratures leves et aux radiations

ultra violet .

2.3.1.4. Les fibres de basaltes (PRFB) :

Ces fibres sont obtenues par la transformation de laves dorigine volcanique. Elles sont

composes de minraux comme le plagioclase, le pyroxne et l'olivine et prsentent des

proprits chimiques trs intressantes, essentiellement ses rsistances au feu.

Les fibres de basaltes sont utilises dans des applications des barres d'armature en composite,

les rsultats des essais physiques ayant montr une rsistance maximale la traction jusqu'

(4) fois suprieure la rsistance la traction d'une barre d'armature classique en acier. [16]


15

Les diffrents types de fibres peuvent tre transforms suivant des techniques, telles que le

tissage, tricotage, tressage pour raliser des surfaces textiles ou toffes. Il est possible de

gnrer des tissus de renfort bi ou tridimensionnel. [17]

Figure-18- Quelques formes disponibles de renforts en fibres

2.3.1.5. Les Caractristiques des fibres et renforts :

La fonction mcanique du renfort doit tre pralablement dfinie, car le positionnement de la

fibre dfinit une direction privilgie des caractristiques mcaniques ; ainsi les matriaux

composites sont beaucoup plus efficaces dans la direction des fibres. [18]

- Le Tableau 3 prsente un rsum sur les principales caractristiques des fibres de renforcement :

Tableau 3 : Proprits mcaniques des fibres de renforcement


16

- Le Tableau 4 prsente une tude comparative rapide de quelques fibres prsentes dans cette section : [19]

Tableau 4 : Comparaison qualitative entre les fibres

2.3.2. Les matrices :

La matrice est un polymre, thermodurcissable (le plus frquent) ou thermoplastique. Elle a

pour principal but de transmettre les efforts mcaniques au renfort. Elle assure aussi quelques

fonctions comme la protection du renfort contre les conditions environnementales et les

attaques externes, la rpartition des charges et lassemblage des fibres pour donner la forme

voulue du composites.

Les diffrents paramtres qui influencent les proprits mcaniques des polymres sont :

la temprature ; la forme et la distribution des masses molculaires ; la cristallinit; la frquence.

Figure-19- Organigramme des diffrentes familles de matrices

Matrices

Organique

Thermodurcissables

Thermoplastique

Elastomres

Minrale

Cramique

Borures

Carbures

Nitrures Mtalliques


17

Deux grandes familles de matrices polymres sont actuellement utilises:

2.3.2.1. Les rsines thermodurcissables (TD) :

Elles sont associes des fibres longues, leur structure la forme d'un rseau tridimensionnel,

dont la transformation est irrversible. Du fait de ces caractristiques plus leves, les rsines

thermodurcissables sont les plus employes actuellement dans la mise en uvre des matriaux composites. Parmi ceux qui sont les plus utiliss:

les rsines polyesters (UP) : sont gnralement utilises avec les fibres de verre ; les rsines vinylester : sont surtout utilises pour des applications o les rsines

polyester ne sont pas suffisantes ;

les rsines poxyde (EP) : qui possdent de bonnes caractristiques mcaniques. Elles sont gnralement utilises avec les fibres de carbone ;

les rsines polyimides thermodurcissables (PIRP) : pour des applications haute temprature;

les rsines phnoliques (PF) : utilises dans les applications ncessitant des proprits de tenue aux feux et flammes.

Tableau 5 : Caractristiques physiques et mcaniques des rsines thermodurcissables (TD)

2.3.2.2. Les Rsines thermoplastiques (TP) :

Elles sont associes des fibres courtes, et forment une structure rversible dont ils peuvent

tre recycls et utiliss plusieurs fois.

Malgr ces bonnes tenues mcaniques, elles prsentent quelques inconvnients comme : la

mauvaise adhrence sur les fibres, la viscosit leve et les cots de fabrication.

Les principales familles thermoplastiques utilises dans les composites PRF sont :

le polyester-ther-ctone (PEEK) ;

le polypropylne (PPS);

le poly sulfone (PSUL).


18

Tableau 6 : Proprits des rsines thermoplastiques (TP)

- Le Tableau 7 prsente une tude comparative rapide des diffrents types de matrices polymres prsentes dans cette section :

Tableau 7: Comparaison entre les deux types de rsines

2.3.3. Les Diffrentes techniques de mise en uvre des matriaux composites PRF :

Les matriaux composites utiliss pour le renforcement de poutres se prsentent,

gnralement, sous la forme de tissus ou de plaques composites.

Toute mise en uvre de matriaux composites sur une structure endommage ncessite

d'abord un ragrage de la surface rparer. Celle-ci doit tre plane et propre. Dans la plupart

des cas, une injection de fissure et un traitement de surface par sablage sont raliss.

Parmi les diffrentes techniques de mise en uvre des renforts en matriaux composites sur

un substrat bton compatibles avec les diffrentes applications gnie civil sont :


19

2.3.3.1. Le moulage au contact :

Procd manuel connu par lexpression anglaise (wet lay-up), cette technique consiste coller

alternativement, des couches de rsine liquide et des couches de tissu ou des feuilles en PRF

sec sur llment renforcer.

Figure-20- Moulage au contact

2.3.3.2. Le moulage au sac (sous vide) :

Les couches de tissus pr-imprgns pour la rparation sont dcoupes et appliques sur la

zone renforcer. Une couverture chauffante est ensuite applique sur la surface des tissus et

une enveloppe tanche raccorde une pompe vide permettant dappliquer une pression

externe pendant toute la dure du procde.

Figure-21- Moulage au sac de tissu pr-imprgn

2.3.3.3. Pultrusion :

Le procd de moulage par pultrusion permet la fabrication en continu de profils pleins ou

creux, de formes complexes avec, si besoin est, des paisseurs diffrentes dans la section du

profil.

Figure-22- Schma du procd de pultrusion Figure-23- Diffrents sections de PRF pultrudes


20

2.3.3.4. Collage de plaques composites :

Cette mthode se caractrise par le placage de plaques de composite, colles sur la surface par

des colles poxy.

Figure-24- Renforcement de poutres vis--vis de leffort tranchant

Chapitre 3 COMPORTEMENT D'UNE POUTRE EN BTON ARM LEFFORT TRANCHANT

21


LEFFORT TRANCHANT

3.1. Introduction :

Le comportement dune poutre en bton arm leffort tranchant est complexe, car, il dpend

de plusieurs paramtres :

Proprits du bton : un matriau htrogne et sa rsistance en traction est plus faible

que sa rsistance en compression aussi la taille des agrgats (effet dengrnement);

Le taux d'armature transversale et longitudinale ;

Le type de chargement : les efforts de cisaillement, de flexion, de torsion qui agissent

simultanment ;

La gomtrie des poutres.

Le phnomne de leffort tranchant est plus complexe et une rupture par cisaillement est plus

dangereuse (fragile) que celle due la flexion (ductile), car elle se produit de faon brusque et

sans avertissement pralable.

3.2. Fissuration :

Les fissures apparaissent dans une poutre en BA l'endroit o la contrainte de cisaillement

atteint la rsistance du bton en traction.

Dans une poutre soumise l'effort tranchant, on voit apparatre deux types de fissures :

Des fissures verticales, notamment mi-porte, sont dues l'action du moment

flchissant ;

Des fissures diagonales (obliques) au niveau des appuis sont dues l'effet combin du

moment flchissant et de l'effort tranchant.

Figure-25- Types de fissures dans une poutre en bton arm [20]


22

3.3. Modes de rupture :

La rupture d'une poutre en bton arm est atteinte lorsque les charges qui la sollicitent

excdent sa rsistance. Elle dpend de plusieurs paramtres :

3.3.1. Le type de poutre :

Cest le facteur prdominant qui est caractris par le rapport a/d, do :

a : reprsente la distance entre l'appui et le point d'application de la charge, aussi

appele longueur ou porte de cisaillement ;

d : la hauteur effective de la poutre.

Figure-26- Porte de cisaillement

La porte en cisaillement (a) est clairement dfinie pour un essai de flexion en trois ou quatre

points, comme l'illustre la figure 26, mais elle n'a aucun sens physique pour les autres cas de

chargements. [21]

- Le Tableau 8 prsente une tude comparative des diffrents modes de ruptures en

fonction des types de poutres :

Tableau 8 : Comparaison entre les diffrents modes de ruptures en fonction des types de poutres

Type de poutre Caractristique Mode de rupture Description

les poutres trs

profondes

a/d 1 Rupture due

lAdhrence par Cisaillement

- Lcrasement du bton ; - Rupture dancrage des armatures tendues.

Figure-27- Une poutre en BA endommage par la perte de ladhrence due au cisaillement [22]

les poutres profondes

1< a/d 2.5

Rupture due la

Contrainte

principale oblique

- Une perte dadhrence ; - l'crasement du bton

comprim ;

- le glissement des

armatures longitudinales

tendues.


23

Figure-28- Une poutre en BA endommage par la contrainte principale oblique

les poutres lances

2.5< a/d 6

Rupture due la

Compression par

Cisaillement

- Dveloppement rapide

des fissures inclines ;

- Lcrasement du bton et la plastification des

d'armature longitudinale.

Figure-29- Une poutre en BA endommage par la compression due au cisaillement

les poutres trs lances

a/d > 6

Rupture en

flexion

- Lapparition des fissures dans la zone

centrale.

Figure-30- Une poutre en BA endommage par endommage par flexion

3.3.2. Les dimensions des poutres (effet dchelle) :

Plusieurs travaux de recherche ont dmontr que plus le rapport l/h augmente plus la rsistance

de la poutre en bton arm diminue, do :

l : la longueur de la poutre ;

h : la largeur de la poutre.

Ceci est d une plus grande ouverture des fissures diagonales dans les poutres de plus

grandes dimensions. La transmission des contraintes de cisaillement est ainsi affecte, ce qui

rend plus faible la capacit rsistante de la poutre. [23]


24

Figure-31- Influence de la taille de la poutre sur la rsistance en cisaillement

3.3.3. Le taux d'armature longitudinale (l'effet goujon) :

L'armature longitudinale contribue limiter l'ouverture des fissures, ce qui assure une

meilleure transmission des contraintes de cisaillement. Si le taux est relativement faible les

fissures diagonales apparaissent plutt, de mme, si le renforcement longitudinal nest pas

correctement dimensionn, la rupture en flexion survient aprs celle en cisaillement.

Figure-32- volution de la rsistance ultime en cisaillement en fonction du taux d'armature longitudinale

pour diffrents types d'acier [24]


25

3.3.4. Le taux darmature transversale :

Les armatures transversale retardent lapparition des fissures inclines et amliorent nettement

la rsistance leffort tranchant.

Aussi lespacement entre les diffrents triers augmente la capacit portante de la zone de

cisaillement de la poutre.

3.3.5. Leffort axial :

La rsistance en cisaillement d'une poutre diminue si leffort axial est de traction, par contre

elle augmente si ctait un effort axial de compression.

Un effort normal de compression joue en quelque sorte un rle de confinement, tandis qu'un

effort normal de traction a pour effet de fragiliser la cohsion du bton. [25]

Figure-33- Influence de l'effort axial sur la rsistance en cisaillement du bton

3.4. Modles de calcul leffort tranchant des poutres en bton arm:

Il existe pas mal de modles qui ont t proposs pour le calcul de la rsistance en

cisaillement des poutres en bton arm, mais ici nous allons sintresser sur les modles dont

les poutres contient de l'armature transversale, aussi auxquels les codes de bton arm se

rfrent le plus souvent.

3.4.1. Modle du treillis 45 (Truss model) :

La plupart des codes de bton arm se basaient exclusivement sur l'analogie du treillis 45

propos il y a plus d'un sicle, par l'ingnieur suisse Ritter en 1899 et l'ingnieur allemand

Morsch en 1909 pour le calcul des triers dans les poutres en bton arm.

Elle consiste assimiler un treillis une poutre en bton arm, fissure, soumise 1' effort

tranchant.


26

Figure-34- Analogie de treillis

L'avantage dans ce modle cest que le systme est statique :

Lutilisation des conditions dquilibre suffit pour calculer les efforts dans les

membrures du treillis.

Le modle permet aussi de prendre en compte leffort axial induit par leffort

tranchant sur les armatures longitudinales.

Cependant, cette approche prsente deux inconvnients :

La ngligence de la contribution du bton la reprise de l'effort tranchant.

Linclinaison des fissures qui est prise gale 45 alors quen ralit les angles sont

gnralement variables.

A laide de La figure 35, le calcul de leffort tranchant est estim dans la poutre comme suit :

Figure-35- Equations dquilibre du modle du treillis 45

3.4.2. Modle du treillis angle variable :

Ce modle de treillis angle variable a t introduit afin dapporter plus de prcision pour le calcul des contraintes de cisaillement.

Il apporte une visualisation trs claire du comportement rel de la poutre 1'tat fissur. Mais,

le calcul pratique ne peut pas tre utilis, du fait de lhyperstaticit du systme.


27

Figure-36- Reprsentation en ventail et en champ de compression

des diagonales dans le modle du treillis

Collins et Mitchell (1991) se rapporte au treillis simplifi de Marti (1986), o chaque

membrure verticale reprsente le groupe d'triers sur une longueur jd/tan. La force dans chaque lment vertical est gale la somme des forces dans les triers dlimits par cette

mme distance. [26]

Figure-37- Simplification par Marti du modle du treillis angle variable

La rsolution des quations d'quilibre permet de dterminer la quantit d'armature

transversale Av, l'intrieur d'un espacement s :

Figure-38- quilibre des forces dans le modle du treillis angle variable

(3.1)


28

Il y a plusieurs propositions pour la dtermination de langle :

- MacGregor et Bartlett (2000) suggrent un angle compris entre 25 et 65 ;

- Le comit europen du bton recommande un intervalle = 31 59.

Le modle du treillis angle variable est plus prcis et aussi plus conomique, mais il

nglige la contribution de bton la rsistance en cisaillement.

3.4.3. Thorie du champ de compression (Compression Field Theory) :

Pour le calcul de l'angle et la contrainte principale de compression dans le bton f2, Collins et Michell en 1980 ont proposs une mthode nomme Compression Field Theory se base au

modle du treillis angle variable.

Elle utilise les quations dquilibre du modle du treillis et y ajoute les lois de comportement non linaire du bton, en tenant compte des hypothses suivantes :

- La distribution des contraintes de cisaillement entre deux fissures est uniforme le long de la profondeur de la poutre ;

- Le comportement des armatures est suppos parfaitement lastique ;

- la direction des dformations et des contraintes principales de compression concide avec la direction des bielles de compression.

Figure-39- Les dformations dans un lment fissur en bton arm

Langle est donn comme suit :

(3.2)

Daprs Vecchio et Collins (1986), Laugmentation de la dformation principale de traction

rduit la rsistance en compression spcifie du bton .

(3.3)

(3.4)


29

Figure-40- Relation contrainte-dformation dans un lment fissur

La principale diffrence avec le modle du treillis de Ritter et Mrsch est que la poutre

fissure est considre comme continue et la force de compression est prise comme fonction

de la force de tension transversale dans la poutre. [27]

Cette mthode nglige les contraintes de traction du bton entre les fissures.

3.4.4. Thorie modifie du champ de compression (Modified Compression Field

Theory):

Pour dvelopper de la thorie du champ de compression Vecchio et Collins (1986) ont pris en

compte la contrainte de traction transmise par les triers aux bielles de bton entre deux

fissures, travers l'adhrence bton-acier.

Figure-41- Distribution des contraintes de tension dans les bielles comprimes

Les conditions d'quilibre, de compatibilit et les lois de comportement du bton l'tat

fissur donnent les relations suivantes :


30

Figure-42- quilibre des forces dans la thorie modifie du champ de compression

(3.5)

(3.6)

(3.7)

Tel que :

(3.8)

Le premier terme, qui correspond la contribution du bton, peut tre rcrit comme suit :

(3.9)


31

3.5. Calcul leffort tranchant des poutres en bton arm selon les normes et codes :

Les normes de conception des ouvrages en bton arm existent pour protger et assurer la

scurit publique. Elles sont en effet relativement conservatrices et sattardent utiliser diverses quations empiriques et probabilistes pour traduire des concepts parfois encore mal

compris ou des dmarches relativement plus labores ou rigoureuses.

Cette faon de faire est fort valide afin de demeurer du ct scuritaire de la structure et de

respecter les tats limites ultimes, ce qui permet dassurer la rsistance et la stabilit de louvrage. Les normes sont rgulirement rvises et mises jour afin de considrer lvolution des connaissances scientifiques. [26]

Dans l'ensemble des normes et codes, l'effort tranchant total est la somme de la contribution

du bton et de l'armature transversale :

3.5.1. Le code BAEL91 : [28]

Le BAEL91 est bas sur le model du treillis 45, dont il faut vrifier :

Tel que :

Pour la contribution du bton :

Pour la contribution de l'armature transversale :

Avec :

=1 dans le cas de la flexion simple.

Pour , la contribution de l'armature transversale dans le BAEL91 conduisent la mme valeur de celle dans lEC2.

3.5.2. Le rglement EC2 : [29] L'Eurocode2 propose deux mthodes de vrification l'effort tranchant: la mthode dite

standard et la mthode dite du treillis angle variable.

Pour la premire mthode, l'expression de la contribution du bton reprendre l'effort tranchant est dtermine partir d'une quation empirique, elle tient compte de l'effet


32

d'chelle, de l'effet goujon et de l'effort normal et linfluences de la rsistance du bton :

Tel que :

Figure-43- Dfinition de et pour dterminer [EC2]

L'expression de la contribution de l'acier d'armature transversale reprendre l'effort tranchant est fournit par le modle d'analogie du treillis angle variable, elle s'exprime

comme suit :

lEC2 recommande une limite de la : .

3.5.3. La norme Amricaine ACI 318-99 : [30]

La norme Amricaine ACI-318 est base sur le model du treillis 45 pour le calcul des

armatures transversale, plus une contribution empirique du bton :

La contribution du bton la reprise de l'effort tranchant est donne par l'expression suivante :

Pour des pices soumises uniquement la flexion et au cisaillement :

Pour un calcul plus prcis, et qui tient compte de l'influence de certains paramtres la norme propose l'utilisation de l'quation suivante :


33

La valeur de doit vrifier la condition suivante :

La contribution de l'armature transversale la reprise de l'effort tranchant est donne

par l'expression suivante :

Pour une disposition des aciers transversaux incline pour nimporte quel angle par rapport aux aciers longitudinaux, on utilise :

Pour une disposition droite des armatures transversales ( , lexpression

prend la forme :

La valeur de doit vrifier la condition suivante :

Pour la contribution de l'armature transversale dans lACI 318, il ne manque quun coefficient 0,9 qui conduit la mme valeur de celle dans les deux autres codes prcdents.

3.5.4. La norme Canadienne CSA-A23.3-94: [31]

Cette norme fonde ses calculs sur la mthode du treillis, Elle est conue pour les btiments :


Tel que :

La contribution de l'armature transversale reprendre l'effort tranchant est base sur le modle du treillis angle variable. Elle est donne par l'expression suivante :


34

La limite maximale pour est:

3.5.5. La norme Canadienne CSA-S6-88: [32]

Cette norme est conue pour les ponts. Les contributions du bton et des aciers leffort tranchant sont bases sur la thorie du champ de compression modifi et sexpriment ainsi :


La contribution de l'armature transversale la reprise de l'effort tranchant est donne par l'expression suivante :

Pour une disposition des aciers transversaux incline pour nimporte quel angle par rapport aux aciers longitudinaux, on utilise :

Pour une disposition droite des armatures transversales ( , lexpression

prend la forme :

Le calcul des coefficients et : Dabord, dans des cas exceptionnels tels quune poutre dpaisseur maximale de 250 mm, on

choisit des valeurs fixes de 0.21 pour et de 42 pour .

Sinon, ils sont calculs suivant les deux mthodes suivantes :

Mthode simplifie :

Pour une limite lastique des armatures longitudinales. et .

La valeur de est gale 35, et la valeur de est dtermine en distinguant les trois cas suivants:

a. Pour une section dont l'aire des armatures transversales est suprieure ou gale la

section minimum ncessaire, la valeur de est gale 0.18.

La section minimum de larmature transversale est donne par la formule suivante :


35

b. Pour une section sans armatures transversales et la dimension du plus gros granulat

utilis dans la composition du bton est suprieure 20 mm, est calcule comme suit:

c. Pour une section sans armatures transversales avec la dimension des gros granulats

non spcifie, est calcule comme suit:

Tel que :

Cette mthode simplifie ne doit pas tre utilise pour les lments soumis une traction importante et larmature longitudinale de tels lments doit tre correctement dimensionne.

Mthode gnralise :

Le coefficient est dtermin par 1' quation suivante:

Pour une section dont 1' aire des armatures transversales est suprieure ou gale , est gale 300mm.

Dans les autres cas, est calcul selon lquation (2.11). Dans le cas o on doit prendre .

Le coefficient est calcul comme suit:

Dans les deux quations (3.38 et 3.39), la dformation longitudinale doit tre calcule selon la relation suivante :

Sous rserve de quelques conditions :

a. et doivent tre positifs et ;

b. Il faut tenir compte de la perte de longueur dancrage au niveau des barres transversales ;

c. Si le calcul de donne une valeur ngative alors, on considre dans les autres quations ;

d. Si les efforts de flexion entranent lapparition de fissure sur llment, il est dusage

de doubler le rsultat obtenu de ;

e. .


36

3.5.6. La norme Franaise AFGC-03: [11]

Dans les recommandations de lAssociation Franaise de Gnie Civil (AFGC, 2003), Le principe du calcul se rfre au modle du treillis de Ritter-Morsch.

La rsistance leffort tranchant du bton et des aciers sexpriment ainsi :


La contribution de l'armature transversale reprendre l'effort tranchant est donne par l'expression suivante :

Avec :

; En cas de reprise de btonnage.

3.5.7. La norme Italienne CNR-DT200-04: [33]

Cette norme est bas sur le model du treillis angle variable :



Avec :

: Facteur qui prend en compte les effets des forces normales : : Si, avec un effort normal de traction, l'axe neutre coupe la section ; : Si, avec un effort normal de traction, l'axe neutre est l'extrieur de la section.

3.5.8. La norme Europenne FIB-TG 9.3. 2001: [15]

La fdration internationale du bton fonde ses calculs partir de l'Eurocode2.



Chapitre 4 COMPORTEMENT D'UNE POUTRE EN BA RENFORCE PAR MATERIAUX COMPOSITES LEFFORT TRANCHANT

37


RENFORCE AU MOYEN DE MATERIAUX

COMPOSITES LEFFORT TRANCHANT

4.1. Introduction :

Pour viter la rupture fragile (cisaillement) due leffort tranchant, les poutres en bton arm devraient tre renforces.

Toutes les tudes confirment que la technique de renforcement par matriaux composites en

PRF coll l'extrieur (au surface) (EBR : Externally Bonded Reinforcement) semble tre une

excellente option do : laugmentation de la capacit, la rigidit et la rsistance des poutres pour reprendre les

sollicitations qui leurs sont appliques.

La diminution de flche des poutres et la corrosion des armatures do la durabilit

des structures.

Cette technique de renforcement externe utilise des renforts sous la forme de lamelles

(plaques) pr-imprgnes ou de tissus.

Figure-44- Tissus en matriaux composites

En plus de sa facilit d'application et de sa rapidit dexcution, la rsistance au cisaillement

de la poutre vierge peut tre augmente de 60 120% en utilisant des composites PRF.

Figure-45- Comparaison de comportement entre les poutres renforces et celles non renforces


38

Pour mieux comprendre le comportement leffort tranchant des poutres en bton renforces avec des matriaux composites, il est important de dfinir en premier lieu lusure et le comportement de chacun des matriaux qui compose les poutres: le bton, les aciers et le

matriau composite. Chacun prsente des caractristiques diffrentes, tant physiques que

mcaniques :

a. Bton : Le bton a un comportement diffrent en traction et en compression, tel que sous un

chargement cyclique la propagation des microfissures et lapparition des macro-fissures qui deviennent de plus en plus espaces; causent une rupture brutale du bton.

b. Acier : Comme le comportement des armatures est lasto-plastique, lusure dans les barres d'armatures est observe par l'apparition de microfissures qui sont provoques par une srie de

contraintes distribues sur la surface des barres. Lorsque les fissures atteignent une longueur

critique ou la propagation devient instable, la rupture de lacier sensuit.

c. Matriau composite : Le matriau composite est un matriau lastique qui prsente des dgradations dues

l'endommagement progressif des fibres, de la colle ou les deux en mme temps dont le

comportement diffre de celui du bton et de celui des aciers.

Ladhsion des composites PRF sur des surfaces de structures en bton arm provoque donc une modification des comportements structuraux comparativement ceux des

structures en bton arm non renforces: par exemple, la relation entre la force et la

flche ou le mode de rupture.

Figure-46- Comparaison de comportement entre diffrents matriaux

4.2. Diffrentes configurations de renforcement leffort tranchant :

Le renforcement de poutres leffort tranchant par collage extrieur de matriaux composites est simple dexcution en comparaison avec les mthodes traditionnelles, il se fait sur les faces latrales, dans les zones de poutres sous dimensionnes en armatures transversales.


39

Les diffrentes configurations courantes dans le monde de renforcement par composite

employes dans la littrature sont les suivantes :

4.2.1. Configuration latrale :

Sur la face latrale limplantation du renfort peut se faire comme suit :

a. Renfort continu (seule pice):

Perpendiculaire laxe longitudinal de la poutre :

Figure-47- Renfort continu vertical

Inclin selon un angle prise gnralement gale 45 :

Figure-48- Renfort continu inclin

Les renforts continus peuvent tre en composite multidirectionnel.

b. Renfort par bandes (plusieurs pices):

Perpendiculaire laxe longitudinal de la poutre :

Figure-49- Renfort par bandes vertical

Inclin selon un angle prise gnralement gale 45 :

Figure-50- Renfort par bandes inclin

Les renforts par bandes tant constitus de composites unidirectionnels.


40

4.2.2. Configuration transversale :

Chacune des 4 configurations latrales prcdemment dcrites peut ensuite tre applique

selon les 4 configurations transversales suivantes :

a. Le renforcement en face latrale :

Il est prsent par le collage de deux tissus/bandes de PRF spars sur des faces opposes de

la poutre, cette configuration semble tre le plus conome en matriaux, elle permet

doptimiser lutilisation du renforcement laide de FRP.

Cependant, il est souvent difficile dobtenir une longueur de scellement suffisante du composite (particulirement dans le cas de poutre en T ), ce qui rduit sa contribution

leffort tranchant ( ), et conduit une augmentation de la section de renfort ncessaire.

Figure-51- Renforcement en face latrale

b. Le renforcement en U :

Il est prsent par lenroulement de la poutre avec des tissus/bandes de PRF autour de trois cts. Cette configuration est utilise beaucoup plus pour les poutres en T . Elle est

gnralement la plus sensible car elle contribue galement au renfort la flexion et conduit

ainsi une augmentation de la contribution leffort tranchant ( ).

Dans la littrature, il existe deux types de configurations en U : celle sans ancrage et

lautre avec ancrage (pour viter la rupture produite par dlamination du renfort composite), par exemple : des bandes horizontales supplmentaires ou des systmes d'ancrage mcaniques

tels que des plaques dacier ou de composites PRF, et les boulons d'ancrage.

Figure-52- Renforcement en U

(a- sans ancrage ; b- avec ancrage)


41

c. Le renforcement par confinement :

Dans le cas des poutres ordinaires, une enveloppe complte suffira. Cette configuration est

connue pour tre le moyen le plus efficace dans le renforcement leffort tranchant avec des

composites PRF.

Figure-53- Renforcement par confinement

Cette multiplication du nombre de paramtres engendre l'apparition de modes de rupture additionnels.

4.3. Modes de rupture :

La littrature fait tat de plusieurs modes de rupture observs dans les essais qui ont t

effectus sur les poutres renforces en cisaillement l'aide des matriaux composites. Ces

nouveaux modes de ruptures viennent sajouter ceux dj connus. Parmi ces modes en trouve:

4.3.1. Le dcollement du renfort composite :

Dans ce mode de rupture qui est toujours li la dlamination du renfort, on ne voit pas les

traces du bton sur le renfort dcoll.

Ce mode est la principale cause de la ruine dlment renforc par le collage de plaque en composite.

Figure-54- Schma dune poutre dont la rupture sest produit par dcollement du renfort composite


42

Une longueur adquat

renforcement des poutres en beton arme a l’effort tranchant par materiaux composites

Documents