Tenue au feu des scellements chimiques d'armatures dans le béton à la rupture par fendage

Splitting failure of post-installed rebars under fire conditions

• Auteur / Autrice : Fatima Ben Mouhou
• Direction : Dashnor Hoxha, Sébastien Rémond
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 10/01/2025
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique Gabriel Lamé (Centre-Val de Loire ; 2018-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Caron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yun Jia, Hélène Carré, Nicolas Pinoteau, Omar Al-Mansouri, Javad Eslami
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yun Jia, Hélène Carré
• DOI : 10.70675/bec537b8zd1f4z49a6z9008zcf90e6249a38

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génie civil -- Recherche

Barres d'armature

Essais

Béton armé -- Fissuration

Modèles mathématiques

Constructions en béton

Essais de comportement au feu

Résines époxydes

Construction

Mots clés libres

Ancrages chimiques

Scellements chimiques d'armature

Fendage du béton

Résistance au fendage

Résistance au feu

Résistance en adhérence

Résines structurales

Bonded anchors

Post installed rebars

Concrete splitting

Splitting resistance

Fire resistance

Bond resistance

Structural resins

Résumé

Le scellement chimique des armatures rapportées est une technique très répandue dans la construction permettant d'assembler une structure secondaire à une structure principale en béton armé. Le principe de cette technique consiste à ancrer une armature en acier dans un trou foré dans un béton durci à l’aide d’un liant adhésif chimique (résine structurale ou mortier). Initialement, cette technique était utilisée pour corriger les erreurs de fabrication dans le béton préfabriqué, puis dans la rénovation et le renforcement des structures existantes. Aujourd’hui, les scellements chimiques d’armatures sont également utilisés dans l’extension des nouvelles constructions, répondant ainsi aux exigences architecturales élevées en offrant une plus grande flexibilité dans la planification et la conception des structures en béton. À température ambiante, les performances mécaniques des produits adhésifs permettent d’améliorer le comportement des armatures rapportées en offrant une résistance d’adhérence équivalente à supérieure à celles des armatures coulées dans le béton. Cela se traduit par de nombreux avantages d’une barre rapportée si on la compare à une barre coulée en place (longueur d’ancrage réduite, enrobage réduit, entraxe amélioré entre les barres avoisinantes et distance au bord réduite). En situation d’incendie, l’augmentation de la température a un effet d’une part sur les propriétés mécaniques de l’adhérence (gouvernée par la résine), et d’autre part sur les propriétés du béton à l’entourage de l’ancrage. Cela conduit à une compétition entre les deux modes de ruine : perte d’adhérence et fendage du béton. Dans la littérature, plusieurs recherches ont été menées pour étudier l’influence de l’augmentation de la température sur l’adhérence des armatures rapportées. Cependant, ces études se sont focalisées sur la dégradation des propriétés mécaniques de la résine avec l’augmentation de la température en se basant sur des essais d’arrachement confinés afin de qualifier la barre rapportée comme une barre coulée en place moyennant une augmentation de la longueur d’ancrage au feu. Les méthodes issues de ces études consistent à prédire la résistance d’adhérence des scellements d’armatures rapportées, installées avec des enrobages suffisants pour provoquer une ruine par adhérence (arrachement), ce qui n’est pas toujours le cas. En effet, l’application des scellements chimiques dans les assemblages des éléments en béton implique parfois des enrobages relativement faibles. En outre, les fabricants ont récemment progressé dans le développement des produits adhésifs de moins en moins sensibles à la température. Dans ces cas, le mode de rupture par fendage peut devenir dimensionnant. Les travaux de cette thèse visent à développer une méthode de dimensionnement pour assurer la tenue au feu des scellements chimiques d’armatures dans le béton à la rupture par fendage.

Chemical post-installed rebars (PIRs) is a widely used construction technique for connecting a secondary structure element to a main existing reinforced concrete structure. The principle of this technique consists in inserting a steel reinforcement bar in a hole drilled in hardened concrete using a chemical adhesive product (structural resin or mortar). Initially, this technique was used to correct manufacturing errors in precast concrete, then in the renovation and reinforcement of existing structures. Today, PIRs are also used in the extension of new constructions, meeting high architectural demands by offering greater flexibility in the planning and design of concrete structures. At ambient temperature, the mechanical performance of adhesive products improves the tension behavior of post installed rebars, providing equivalent to higher bond strength than that of cast-in-place rebar. This results in several advantages, compared to cast-in-place bars (reduced embedment length, reduced concrete cover, improved spacing between neighboring bars, and reduced edge distance). Under fire conditions, the increase in temperature has an effect both on the mechanical properties of the bond (governed by the resin) and on properties of the concrete surrounding the reinforcement bar. This leads to a competition between the two failure modes: bond failure and concrete splitting failure. In the literature, several studies have been carried out to investigate the influence of increasing temperature on the bond strength PIRs. However, these studies have focused on the degradation of the resin's mechanical properties with increasing temperature, using confined pull-out tests to qualify the rebar as a cast-in-place rebar with increased fire anchorage length. The methods derived from these studies involve predicting the bond strength of of PIRs installed with sufficient confinement conditions (large concrete cover) to induce bond pull out failure, which is not always the case. The application of PIRs in connecting concrete elements often involves relatively small concrete covers. Besides, manufacturers of anchoring technology have recently made significant advancements in the development of adhesive products that are increasingly less sensitive to temperature increase. In such cases, splitting failure modes may become the governing failure mode in the design under fire conditions. The aim of this thesis is to develop a design method to ensure the fire capacity of PIRs to concrete splitting failure.