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HAL Id: tel-00138446 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00138446 Submitted on 26 Mar 2007 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. CONTRIBUTION A L’ANALYSE DU COMPORTEMENT MECANIQUE DE DALLES EN BETON ARME RENFORCEES PAR MATERIAUX COMPOSITES El Houssain Rochdi To cite this version: El Houssain Rochdi. CONTRIBUTION A L’ANALYSE DU COMPORTEMENT MECANIQUE DE DALLES EN BETON ARME RENFORCEES PAR MATERIAUX COMPOSITES. Matériaux. Uni- versité Claude Bernard - Lyon I, 2004. Français. tel-00138446 N° d’ordre : 282-2004 Année 2004 THESE Présentée devant L’UNIVERSITE CLAUDE BERNARD - LYON 1 pour l’obtention du DIPLOME DE DOCTORAT (arrêté du 25 avril 2002) Présentée et soutenue publiquement le 16 Décembre 2004 par El Houssain ROCHDI Titre de la thèse CONTRIBUTION A L’ANALYSE DU COMPORTEMENT MECANIQUE DE DALLES EN BETON ARME RENFORCEES PAR MATERIAUX COMPOSITES JURY: M Y. DELMAS M J. WASTIELS M F. BUYLE BODIN M P. HAMELIN M D. BIGAUD M E. FERRIER Rapporteur Rapporteur Examinateur Directeur de thèse Examinateur Co-Directeur de thèse REMERCIEMENTS Je tiens tout d’abord à remercier mon directeur de thèse, Monsieur le Professeur Patrice Hamelin, pour la confiance et l’attention qu’il m’a accordées tout au long de ce travail, son aide et son sens de la motivation m’ont été très utile pour mener à terme ce travail. J’adresse également mes remerciements les plus vifs à Monsieur le Professeur Yves Delmas et Monsieur le Professeur Jan Wastiels pour avoir accepté de consacrer une partie de leur temps à rapporter ce mémoire de thèse. Je remercie aussi Monsieur le Professeur François Buyle-Bodin qui m’a fait plaisir d’examiner cette thèse. Mes plus vifs remerciements vont à Emmanuel Ferrier pour l’encadrement qu’il a assuré. Son aide a été des plus précieuses pour mener à bien ce travail. Mes remerciements s’adressent également à David Bigaud. Son entière collaboration et ses conseils ont nettement contribué à l’aboutissement de ce travail. Je souhaite enfin exprimer ma gratitude envers l’ensemble de mes collègues du Laboratoire Mécanique Matériaux et Structures. RESUME en français La méthode de renforcement des ouvrages en béton par collage de matériaux composites est une pratique qui connaît actuellement un essor important. Dans cette optique, nous nous proposons d’apporter une contribution à l’analyse du comportement des dalles en béton armé renforcées par matériaux composites. Après avoir examiné les limites technologiques des différentes techniques de renforcement, le bilan bibliographique repose sur l’analyse des méthodes proposées pour le calcul et le dimensionnement des structures renforcées, en particulier dans le cas des dalles en flexion où les efforts sont transmis au renfort composite d’une manière bidirectionnelle. Dans ce contexte, un protocole expérimental a été mis au point afin d’évaluer les performances des diverses théories développées pour prédire la rupture des composites. Cette étude a démontré l’efficacité du critère de Tsai-Wu à prédire la résistance du composite stratifié carbone/époxy étudié. Dans un second temps, nous avons élaboré une procédure théorico-expérimentale portant sur l’évaluation du gain en résistance des dalles renforcées par matériaux composites ainsi que les paramètres influençant le comportement en rigidité. L’ensemble des résultats a mis clairement en évidence l’influence du composite en particulier sur la capacité portante de la dalle qui peut être augmentée jusqu’à cinq fois. L’analyse des modes de rupture obtenus expérimentalement confirme que la ruine de la structure se produit essentiellement par poinçonnement. En conséquence, notre travail s’est orienté vers l’analyse du comportement des dalles renforcées vis-à-vis du poinçonnement. Parmi les différents modèles proposés pour prédire la résistance au poinçonnement des dalles BA, les prédictions du modèle de Menètrey approchent le mieux les valeurs expérimentales. La dernière partie de l’actuel travail concerne la modification du modèle de Menétrey afin de considérer l’effet du composite sur la résistance des dalles renforcées au poinçonnement. DISCIPLINE Génie Civil MOTS-CLES Dalles renforcées, matériaux composites, critères de rupture, poinçonnement INTITULE ET ADRESSE DU LABORATOIRE : Laboratoire Mécanique Matériaux et Structures, Université Lyon 1, 82 bd. Niels Bohr, Domaine Scientifique de La Doua, 69622 Villeurbanne TITRE en anglais Contribution to the analysis of mechanical behaviour of reinforced concrete slabs strengthened with composite materials RESUME en anglais The use of externally bonded composite materials for strengthening reinforced concrete structures has received considerable attention in recent years. The object of this thesis is the analysis of reinforced concrete slabs strengthened with composite materials. After a technical study of reinforcement techniques, the bibliographical review deals with the analysis of proposed design methods, especially in the case of strengthened slabs where the composite contribution requires the consideration of biaxial behaviour of composite reinforcement resulting from two-way slab behaviour. In this context, an experimental study was carried in order to evaluate the performances of various composite failure theories. To accomplish this, a functional efficient composite cruciform specimen was optimised via a set of finite element simulations. This study confirmed the efficiency of the Tsai-Wu criterion to predict the strength of the composite used for the strengthening of the slab namely [0°/90°] carbon/epoxy lamina. The second part concerns the elaboration of an analytical and experimental procedure in order to evaluate the effect of composite at ultimate stage as well as the study of different parameters governing the stiffness of strengthened slabs. The results shows clearly the influence of composite in particular on the slab carrying capacity which can be increased until five times. The analysis of the failure mode obtained experimentally confirms that the collapse of slab occurs essentially by punching. Consequently, the last part of this work concerns the introduction of the effect of composite reinforcement in the model of Menétrey to evaluate the punching shear strength of strengthened slabs. The results show good agreement between the predicted and experimental values. KEYWORDS Strengthened slabs, composite materials, failure criteria, punching-shear Sommaire I POSITION DE LA RECHERCHE DANS LE CONTEXTE DE LA PATHOLOGIE DES OUVRAGES DU GENIE CIVIL ET DE LEUR MAINTENANCE........................... 7 I.1 Introduction_________________________________________________________ 7 I.2 Pathologies d’ouvrages ________________________________________________ 9 I.2.1 Pathologies d’origine chimique.............................................................................. 9 I.2.2 Pathologies d’origine physique ............................................................................ 11 I.2.3 Pathologies d’origine mécanique ......................................................................... 13 I.2.4 Méthodes de réparation........................................................................................ 15 I.3 Réparation d’ouvrage par matériaux composites _________________________ 20 I.3.1 Introduction.......................................................................................................... 20 I.3.2 Description des constituants élémentaires des composites .................................. 22 I.3.3 Les différents procédés de mise en œuvre ........................................................... 34 I.4 Problèmes liés à l’utilisation des composites______________________________ 42 I.4.1 Introduction.......................................................................................................... 42 I.4.2 Résistance des matériaux composites .................................................................. 42 I.4.3 Problèmes liés au comportement mécanique de structures en BA renforcées par composites............................................................................................................ 48 I.4.4 Problèmes liés à l’interface béton–composite...................................................... 54 I.4.5 Durabilité des structures renforcées..................................................................... 57 I.5 Conclusions ________________________________________________________ 60 II APPROCHE THEORICO-EXPERIMENTALE DU COMPORTEMENT DE DALLES BA RENFORCEES PAR MATERIAUX COMPOSITES................................ 62 II.1 Comportement mécanique de dalle en béton armée _______________________ 62 II.1.1 Introduction...................................................................................................... 62 II.1.2 Approche mécanique du comportement des dalles non fissurées.................... 64 II.1.3 Comportement globale d’une dalle fissurée.................................................... 69 II.1.4 Approche du comportement des dalles à la rupture, méthode des lignes de rupture............................................................................................................... 73 II.1.5 Comportement des dalles sous charge concentrée........................................... 76 II.1.6 Approche du comportement mécanique par les méthodes numériques ........... 77 II.1.7 Conclusion........................................................................................................ 79 II.1.8 Bilan sur les travaux traitant les dalles renforcées par matériaux composites. 80 II.1.9 Conclusion........................................................................................................ 89 II.2 Critère de rupture des renforts composites sous sollicitations bi-axiale _______ 92 II.2.1 Introduction...................................................................................................... 92 II.2.2 Critères de rupture............................................................................................ 93 II.2.3 Comparaison des différentes théories de rupture des composites.................. 105 II.2.4 Comparaison des critères de rupture .............................................................. 107 II.2.5 Validation expérimentale ............................................................................... 112 II.3 Comportement en rigidité de dalle BA renforcée et non renforcée __________ 127 II.3.1 Etude expérimentale du comportement de dalle renforcée par composite..... 127 II.3.2 Analyse du comportement d’une dalle........................................................... 139 II.3.3 Identification des paramètres influençant le comportement en rigidité des dalles renforcées ............................................................................................. 141 II.3.4 Identification des paramètres influençant le mode de rupture des dalles renforcées........................................................................................................ 151 II.3.5 Taux de travail du composite en fonction du mode de rupture...................... 153 II.4 Critères de ruine par poinçonnement de dalles en béton armé renforcées ____ 156 II.4.1 Introduction.................................................................................................... 156 II.4.2 Vérification de la résistance au poinçonnement selon Eurocode 2................ 157 II.4.3 Comparaison du comportement des dalles en flexion et au poinçonnement . 158 II.4.4 Etudes expérimentales complémentaires ....................................................... 160 II.4.5 Formulation du critère de rupture par poinçonnement................................... 172 II.4.6 Extension du modèle de Menétrey au cas des dalles renforcées.................... 191 II.4.7 Comparaison des prédictions de différents modèles avec les résultats expérimentaux................................................................................................. 200 II.4.8 Conclusions.................................................................................................... 203 Synthèse en conclusion Références bibliographiques POSITION DE LA RECHERCHE DANS LE CONTEXTE DE LA PATHOLOGIE DES OUVRAGES DU GENIE CIVIL ET DE LEUR MAINTENANCE Introduction Depuis plus de quarante ans, la construction neuve a représenté l’essentiel de l’activité du secteur du bâtiment en France et ce, pour des raisons diverses liées à la nécessité de construire des nouveaux logements, à l’amélioration des équipements publics, à la modernisation du parc industriel et à l’évolution des activités uploads/Ingenierie_Lourd/ poin-connement.pdf