Réhabilitation et renforcement des poutres et noeuds en béton armé par des matériaux composites

par Nasser Eddine Attari

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Sofiane Amziane.

Soutenue en 2010

à Lorient , dans le cadre de École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère) , en partenariat avec Université européenne de Bretagne (2007-2016) (autre partenaire) .

mots clés

• Renfort hybride fibres de verre- fibres de carbone
• Construction parasismique -- Thèses et écrits académiques
• Construction en béton armé -- Thèses et écrits académiques
• Poutres en béton -- Thèses et écrits académiques
• Composites à fibres -- Thèses et écrits académiques

Résumé

De nombreux bâtiments existants sont parfois confrontés à un manque de résistance pouvant sérieusement compromettre la sécurité des personnes lors de phénomènes sismiques. Ces bâtiments, conçus à l’origine pour des charges verticales, étaient rarement édifiés de façon à résister aux mouvements sismiques latéraux. Dans le but d’améliorer la résistance de l’ancien bâti et atténuer les risques qu’il présente, la réhabilitation et le renforcement de ces ouvrages deviennent un enjeu stratégique. La technique des armatures collées en matériaux composites acquiert une importance croissante dans le domaine du renforcement des structures. Elle s'avère notamment intéressante pour le renforcement et la réparation des structures en béton armé. Pour réduire le coût et assurer un comportement relativement plus ductile pour des éléments en béton armés renforcés, l'addition des fibres de verre pourrait être considérée comme une solution de rechange, puisqu'elles sont relativement plus déformables et leur coût et plus bas que la fibre de carbone. Dans ce contexte, le travail présenté vise à évaluer l'efficacité du renfort externe sur les poutres renforcées par le tissu de FRP (verre - carbone). La présente étude évalue l’influence et l’efficacité du renforcement externe des poutres et noeuds en béton armé, par un renfort en fibre de verre et de carbone, selon différentes configurations de renforcement. Elles combinent l'usage séparé de fibres de carbone et de verre unidirectionnel avec un ancrage en forme de U. Dans les mêmes conditions un tissu hybride bidirectionnel verre-carbone est aussi testé. Un total de dix poutres et onze noeuds en béton armés ont été renforcées et testées sous un chargement cyclique pour les poutres et alterné pour les noeuds. Les résultats ont été analysés en termes de résistance, rigidité, ductilité et mode de rupture. Ils montrent que la configuration de renfort en U a considérablement amélioré la résistance à la flexion et à contribuée à la redistribution des efforts internes en permettant d’augmenter la déformabilité des poutres. L’utilisation d’un renfort hybride en fibres de verre-carbone unidirectionnel, à montré son efficacité. C’est une solution très avantageuse pour le renforcement des structures en béton armé.

Titre traduit

Rehabilitation and strengthening of beams and beams-column joints with composites materials

Résumé

A large number of existing buildings are faced with a lack of strength which may seriously compromise the security of persons in the case of seismic shaking. These buildings, conceived initially for vertical loading, were rarely designed and constructed so as to take up lateral seismic shaking movements. In the aim of improving the strength of these existing buildings, and hence attenuate the risks that may be induced, their rehabilitation and strengthening are of a strategic interest. The glued reinforcing technique in composite materials is widely being used as a new strengthening technique in structures. This technique is particularly interesting for the repair and strengthening of reinforced concrete structures. In the aim of reducing the cost and ensuring a relatively more ductile behaviour for the strengthened reinforced concrete elements, the addition of glass fibres could be considered as a replacement solution since glass fibres are relatively more deformable and with a lesser cost compared to carbon fibres. In this sense, the present work aims at evaluating the efficiency of external strengthening in FRP fabric (glass, carbon) on reinforced concrete elements. The study evaluate the influence and the efficiency of external strengthening of reinforced concrete beams and reinforced concrete bam-column joints using glass-FRP and carbon-FRP tissues in different strengthening configurations. These configurations combine the separate use of carbon fibres and glass fibres tissues unidirectional with a U-shaped anchorage, together with a bidirectional hybrid fabric glass-carbon fibre. A total of ten reinforced concrete beams and eleven reinforced concrete beam-column joints, were strengthened and tested under cyclic loading for the beams and alternate loading for the joints. The testing data analysed concerned the strength, the stiffness, the ductility and the failure mode. They clearly show that the strengthening configuration in a U-shape has considerably improved the flexural strength and contributed to the redistribution of internal forces, enabling the deformations of beams to increase. The use of a hybrid strengthening pattern glass-carbon unidirectionally was more efficient. It represents an advantageous solution for the strengthening of reinforced concrete structures.