Soutenance mémoire
Revue des travaux sur le renforcement externe tissu collé en surface (EB)
La majeure partie des essais réalisés à ce jour sur les poutres renforcées en cisaillement à l’aide de PRF a été menée à l’aide de tissu collé en surface. Les premiers essais étaient principalement réalisés sur des poutres rectangulaires. Ce n’est qu’au début des années 2000 que les poutres en T ont commencé à être étudiées. L’analyse sur les poutres en T a permis d’offrir une représentation plus juste des conditions réelles, en considérant la contribution de la dalle située au-dessus de la poutre.
Berset (1992) La première étude sur le renforcement en cisaillement à l’aide de PRF a été réalisée par Berset (1992). L’objectif visé par sa série de tests était d’analyser le comportement de poutres renforcées en cisaillement à l’aide de composite en PRF. Les tests ont été exécutés sur une série de six poutres rectangulaires ayant des dimensions de 102 mm x 114 mm x 600 mm. Cette expérimentation a été réalisée en considérant deux paramètres : (i) l’épaisseur du renfort de PRF et (ii) l’implication des étriers. Le renfort de PRF a été collé en surface sur les côtés des spécimens à un angle de 45°. Les gains en résistance en cisaillement obtenus se sont établis entre 33% et 66% en fonction de l’épaisseur du renfort. Les spécimens n’ayant aucun acier transversal ont présenté un mode de rupture par décollement du renfort tandis que ceux munis d’acier transversal ont cédé en flexion. Cette étude a permis de démontrer, par l’évaluation de la contrainte maximum du PRF, que l’utilisation de PRF pouvait accroître la résistance en cisaillement. L’auteur propose cependant de porter une attention particulière au phénomène de l’effet d’échelle puisque les spécimens étudiés étaient de dimensions réduites.
Uji (1992) Uji (1992) a testé huit poutres rectangulaires de 100 mm x 200 mm x 1300 mm, renforcées en cisaillement à l’aide de PRF de carbone et ayant un rapport de longueur de cisaillement a/d de 2.5. L’objectif de cet essai était de comparer l’apport du renforcement en comparant : (i) la configuration par tissu collé en surface sur les côtés avec celle par tissu collé en U autour de la section et (ii) l’effet des barres transversales en analysant des poutres avec et sans barres de renforcement transversales. Le principal mode de rupture observé fut par décollement du renfort. La principale observation amenée par l’auteur est que la contrainte sur le renfort est supérieure à celle enregistrée sur les barres transversales des spécimens qui en comportent. De plus, l’auteur affirme que la résistance en cisaillement des spécimens renforcés est gouvernée par l’adhérence du renfort à l’interface du béton.
Kamiharako et al. (1997) Kamiharako et al. (1997) ont testé huit poutres rectangulaires en deux séries. La série 1 incluait des spécimens de dimensions 250 mm x 400 mm x 3000 mm et la série 2 comportait des spécimens de dimensions 400 mm x 600 mm x 3000 mm. L’objectif visé par ces essais était d’évaluer l’influence de certains paramètres dont : (i) la rigidité du PRF des spécimens entièrement enveloppés de fibre aramide ou de fibre de carbone, (ii) d’évaluer l’influence de la résine en comparant des spécimens renforcés avec ou sans résine et (iii) d’évaluer l’influence de la taille du spécimen. Suite aux essais, les gains de résistance obtenus par le renfort de PRF variaient entre 31% et 93%, selon la rigidité du PRF et de la taille du spécimen. La disparité de ces résultats s’explique aussi par le rapport a/d qui diffère entre les spécimens de la série 1 et 2 (2.5 et 1.7, respectivement). L’auteur stipule que ce paramètre influencerait clairement le comportement en termes de résistance. Les résultats ont aussi démontré des valeurs supérieures pour les spécimens renforcés avec la fibre de carbone. Finalement, les résultats obtenus démontrent que l’utilisation de résine est essentielle au gain de résistance offert par le PRF.
Instrumentation et acquisition de données
Pour s’assurer de la verticalité des spécimens lors du chargement, des capteurs LVDTs (linear variable differential transformers) ont été utilisés pour mesurer le déplacement transversal. Ce paramètre est vérifié pour s’assurer qu’aucun effort de torsion n’agit sur la poutre durant le chargement (figure 3.10). Le même type de capteur a été utilisé pour mesurer la flèche à mi-portée au droit de la charge. Des jauges à déformation de marque Kyowa KC 60 ont été soigneusement collées en surface sur les étriers internes pour enregistrer les efforts et déformations unitaires de l’acier durant tout le chargement. Ces jauges ont été installées à des endroits stratégiques et propices pour intercepter le profil de fissures en cisaillement. Une jauge du même type a aussi été installée sur une barre longitudinale pour évaluer les contraintes et allongements de l’acier dans la zone en flexion. Une séquence de mise en place de ces jauges est présentée à la figure 3.11. Notons que le même type de jauges a été collé en surface sur les tiges de renfort du spécimen S1-ETS- 9 mm avant de les noyer dans l’âme de la poutre. Pour enregistrer les déformations du renfort des spécimens utilisant les lamelles de PRFC et le tissu collé en surface, des jauges à déplacement (Crack gauges) ont été collées en surface sur les lamelles de renfort et le tissu (figure 3.12). Afin d’identifier facilement ces différents capteurs de déformation, une nomenclature a été établie pour faciliter le traitement des données. Le tableau 3.2 décrit la façon dont ont été identifiées les différentes jauges de déformation sur les spécimens mis à l’essai. Afin d’analyser chacun des spécimens, les jauges étaient reliées à un système d’acquisition automatique de données qui enregistre toutes les déformations en temps réel tout au long du chargement (figure 3.13). Ainsi, les données recueillies ont été analysées et comparées afin de comprendre le comportement des différents éléments des systèmes de renforcement mis à l’essai et d’évaluer leur gain en résistance.
Présentation des résultats
Afin d’être en mesure de comparer les résultats de chacun des spécimens, les efforts appliqués lors des essais initiaux, de préfissuration ont été analysés et comparés pour s’assurer que chacun des spécimens avait subi des contraintes initiales (avant essai postfissuration) similaires. À cet égard, le tableau 5.1 présente les contraintes enregistrées sur les spécimens durant l’essai de préfissuration, c’est-à-dire avant nos essais, du côté où la rupture a eu lieu lors de nos essais. Ces résultats montrent que l’écart entre l’effort tranchant moyen et l’effort ayant causé la fissuration (qui s’élève à 139 kN) varie entre 2.2 % et 7.9 %. Cet écart est faible et indique que tous les spécimens ont subi des contraintes similaires lors des essais de préfissuration. De fait, tous les spécimens sont retenus pour les essais post-fissuration et leurs résultats peuvent être comparés aux fins d’analyse. De plus, lors des essais de chargement, des senseurs de déplacement (LVDT : Linear Variable Displacement Transducer) installés sur le banc d’essai ont permis d’enregistrer en temps réel le déplacement transversal et la flèche des poutres grâce à un système automatique de saisie de données. Le tableau 5.2 présente les déplacements enregistrés par les senseurs LVDT à l’atteinte de la force maximale enregistrée.
Ces mouvements sont négligeables et permettent de confirmer qu’aucun effort de torsion significatif n’a agi sur les spécimens durant les essais. Ainsi, et tel qu’anticipé, les forces, déplacements et déformations enregistrés lors des essais sont exclusivement liés au cisaillement et à la flexion. Les flèches enregistrées correspondant à la force maximale atteinte sont aussi présentées dans le tableau 5.2. Les tableaux 5.3 et 5.4 présentent les charges et les résistances atteintes lors des essais pour chacun des spécimens. Ces valeurs sont traduites en gain de résistance par rapport à la poutre de contrôle pour être analysées plus tard. Le tableau 5.5 présente une comparaison entre les résistances en cisaillement théoriques du renfort selon les codes et normes en vigueur et la valeur expérimentale obtenue lors des chargements jusqu’à rupture selon les différents spécimens mis à l’essai. On observe que les codes et normes ne permettent pas d’estimer avec suffisamment de précision le gain de résistance offert sur les spécimens utilisant les lamelles Carboshear L de Sika. Toutes les normes sous-estiment les valeurs théoriques, entre 12,2 % et 571%, sous les résistances expérimentales obtenues lors des essais. Cependant on observe que les normes ACI 440-2R, CAN/CSA-S806 et CAN/CSA-S6-14 présentent des estimations s’approchant de 5,1 % de la valeur expérimentale du spécimen utilisant le tissu collé en surface.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 COMPORTEMENT DES POUTRES RENFORCÉES EN CISAILLEMENT À L’AIDE DE PRF SOUS CHARGE STATIQUEREVUE BIBLIOGRAPHIQUE ET SYNTHÈSE
1.1 Introduction
1.2 Revue des travaux sur le renforcement externe tissu collé en surface (EB)
1.3 Barres de PRFC noyées dans l’âme de la section (méthode ETS)
1.4 Lamelles Sika CarboShear L (LS)
CHAPITRE 2 ASPECTS THÉORIQUES : RENFORCEMENT EN CISAILLEMENT À L’AIDE DE PRFC
2.1 Comportement en cisaillement de poutres en BA (sans renfort)
2.1.1 Fissuration
2.1.2 Mode de rupture
2.1.2.1 Rapport a/d
2.1.2.2 L’effort axial
2.1.2.3 Le taux d’armature
2.1.2.4 L’effet d’échelle
2.2 Comportement en cisaillement de poutres en BA renforcées de PRF
2.2.1 Modes de rupture
2.2.1.1 Rapport a/d
2.2.1.2 Le taux d’armature transversale
2.2.1.3 Le taux de renfort en PRF
2.2.1.4 L’effet d’échelle
2.3 Calcul des poutres en béton renforcées en cisaillement selon les normes et codes
2.3.1 ACI 440.2R 2008
2.3.2 CAN/CSA-S806 2012
2.3.3 CAN/CSA-S6 2014
2.3.4 fib-TG 9.3 2001
2.3.5 CNR-DT200 2004
2.3.6 HB 305-2008
2.4 Synthèse
CHAPITRE 3 PRÉSENTATION DU PROGRAMME EXPÉRIMENTAL
3.1 Généralités (paramètres d’étude)
3.2 Description du programme expérimental
3.2.1 Description et préparation des spécimens
3.2.1.1 Spécimen S1-CON
3.2.1.2 Spécimen S1-EB
3.2.1.3 Spécimen S1-ETS-9 mm
3.2.1.4 Spécimen S1-LS-NA
3.2.1.5 Spécimen S1-LS-TA
3.2.1.6 Spécimen S1-LS-PA
3.2.1.7 Spécimen S1-LS-BA
3.3 Procédure d’essais
3.3.1 Chargement
3.3.2 Instrumentation et acquisition de données
CHAPITRE 4 CARACTÉRISATION DES MATÉRIAUX
4.1 Béton
4.2 Acier d’armature
4.3 Renfort de CFRP
4.3.1 Renfort de PRFC
4.3.2 Sika CarboDur Rods
4.3.3 Sika CarboShear L
4.4 Colle
4.4.1 Sikadur 330
4.4.2 AnchorFix 4
4.4.3 Sikadur 30
4.5 Calcul de VFRP selon les codes et normes
CHAPITRE 5 PRÉSENTATION ET ANALYSE DES RÉSULTATS
5.1 Présentation des résultats
5.1.1 Tableau des résultats
5.2 Analyse des résultats
5.2.1 Spécimen S1-EB
5.2.2 Spécimen S1-ETS-9 mm
5.2.3 Spécimen S1-LS-NA
5.2.4 Spécimen S1-LS-TA
5.2.5 Spécimen S1-LS-PA
5.2.6 Spécimen S1-LS-BA
CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS
ANNEXE I FICHE TECHNIQUE – SikaWrap Hex 230C
ANNEXE II FICHE TECHNIQUE – Sika CarboDur Rods
ANNEXE III FICHE TECHNIQUE – Sika CarboShear L
ANNEXE IV FICHE TECHNIQUE – Sika AnchorFix
ANNEXE V FICHE TECHNIQUE – Sikadur 30
ANNEXE VI FICHE TECHNIQUE – Sikadur 330
BIBLIOGRAPHIE
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