Combinaison tranchant-traction directe

Nous avons présenté les résultats des travaux s’intéressant au comportement du béton sous une sollicitation biaxiale de traction et/ou de compression. Nous allons à présent nous intéresser à des sollicitations plus proches des sollicitations rencontrées dans les jonctions. Nous présentons à ce titre plusieurs types d’essais :

- Essais de cisaillement combiné avec de la traction pure [essais de type cisaillement modifiés issus de (Mattock, 1975) et (Kanakubo et al., 2010)].

- Essais de cisaillement combiné avec de la flexion dans le même plan [essais de type Push-Off modifiés issus de (Mattock, 1975)].

- Sollicitations d’une jonction entre deux panneaux préfabriqués par un effort de cisaillement et un effort de flexion dans deux plans perpendiculaires, (Kavyrchine et Soublet, 1976).

Les enseignements tirés de ces essais doivent permettre de compléter les informations à notre disposition pour aborder la compréhension et la modélisation des jonctions dans des structures en BFUP.

(Mattock et al, 1975) ont réalisé des essais combinant les sollicitations de cisaillement pur et de traction. Cette combinaison de chargement est similaire au cas d’une jonction cisaillée et fléchie dans la zone tendue par la flexion.

La sollicitation de traction est appliquée avant le début du chargement en cisaillement et l’effort de traction reste constant tout au long de l’essai. Elle est transmise via des ancrages disposés dans le corps d’épreuve (voir Figure 92).

Figure 92: a) Géométrie des corps d'épreuve « Push-Off modifié », b) Etat de contraintes dans le plan de cisaillement, (Mattock et al, 1975)

Deux séries de corps d’épreuve ont été testées, ceux de la série A comportent un renforcement perpendiculaire au plan de cisaillement composé de 4 étriers de 10 mm de diamètre alors que ceux de la série B en comportent 6 de 10 mm de diamètre. La répartition de ces armatures est réalisée dans les deux cas le plus égalitairement possible dans le plan de cisaillement (voir Figure 92 a)). En plus de l’impact du taux de renforcement, l’effet de la

Page 142 sur 443 variation de la tension appliquée sur la surface de cisaillement a également été étudié. Les auteurs se sont aussi intéressés à l’impact d’une pré-fissuration du corps d’épreuve au droit de la surface de cisaillement de manière à simuler une reprise de bétonnage.

En s’appuyant sur une détermination de la résistance au cisaillement sous la forme d’une loi de frottement (voir section 1.4.1.2.6.2), les auteurs ont tenté de prendre en compte l’effet de l’effort normal de traction en combinant cet effet à celui du renforcement (évalué par la grandeur ρfy). Ils ont ainsi comparé les contraintes de cisaillement ultimes en fonction de la grandeur « ρfy + σNx » (avec comme convention : traction négative, voir Figure 93). Les auteurs généralisent ce résultat au cas de la compression grâce à des essais réalisés précédemment à la campagne dont il est question ici.

Figure 93: Contraintes de cisaillement ultime sous sollicitation combinée (Mattock et al., 1975)

Ainsi, les auteurs considèrent que la présence d’un effort normal agit comme un ajout de renforcement (cas de la compression concomitante) ou une suppression de renforcement (cas de la traction concomitante). (Mattock et al, 1975) proposent ainsi de généraliser l’ensemble des modèles de frottement disponibles dans la littérature en remplaçant la grandeur « ρfy » par la grandeur « ρfy + σNx ».

Physiquement, l’évolution de la résistance au cisaillement dans le cas de la présence d’un effort normal peut être expliquée par la variation de l’effet d’engrènement : la présence d’un effort de traction conduit à une ouverture de fissure plus importante et donc à un engrènement plus faible alors que la présence d’un effort normal de compression conduit à une ouverture de fissure plus faible et donc à un engrènement plus important.

(Kanakubo et al., 2010) ont également réalisé des essais de cisaillement combiné avec un effort normal. Leur étude a été menée sur un béton ordinaire (resistance en compression de 30 MPa), un mortier (résistance en compression de 50,6 MPa) et un mortier renforcé de 1,5 ou 2% de fibre de fibres synthétiques (résistance en compression respective de 40,1 MPa et 42,5 MPa). Ces auteurs ont préféré un montage d’essais issu d’une modification des essais de type FIP (voir Figure 94).

Page 143 sur 443 Figure 94: Montage utilisé par (Kanakubo et al., 2010)

Les profils de rupture présentent un faciès qui laisse supposer la mise en place, dans certains cas, de phénomènes structuraux qui faussent la mesure de la résistance au cisaillement qui ne correspond alors plus à une caractéristique intrinsèque du matériau (voir Figure 95, cas MT08, MT14, NC08, PVA20 et PVA15, et Figure 50).

Mortier Béton ordinaire Mortier fibré

Figure 95: Exemples de profils de rupture (Kanakubo et al., 2010)

Pour les deux matériaux non fibrés, (Kanakubo et al, 2010) comparent leurs résultats aux prédictions de résistance au cisaillement de (Mattock et Hawkins, 1972) et de (Li et Maekawa, 1990) – voir Figure 96. Ces prévisions ont été réalisées pour des matériaux soumis à une sollicitation transversale de compression. (Kanakubo et al., 2010) choissisent de les adapter à

Page 144 sur 443 la traction en utilisant la même procédure que (Mattock et al., 1975). La comparaison des résultats expérimentaux et des prédictions est grossière mais relativement sécuritaire.

Béton ordinaire Mortier

Figure 96: Comparaison des résultats de (Kanakubo et al., 2010) et des prédictions de (Mattock et Hawkins, 1972) et de (Li et Maekawa, 1990)

Pour le mortier fibré, une comparaison aux résultats disponibles dans la littérature est rendue difficile car la determination de la grandeur « ρfy + σNx » est complexe. Les auteurs proposent cependant une interprétation du comportement constaté en distinguant plusieurs étapes successives (voir Figure 97):

- Etape I :

Déformations élastiques axiales sous l’effet de la sollicitation de traction - Etape II :

Première fissuration, l’ouverture de fissure augmente alors que l’effort appliqué n’augmente que peu. Une fois l’ouverture de fissure recherchée atteinte, le chargement d’effort tranchant débute.

- Etape III :

L’effort de cisaillement augmente de manière quasi linéaire. Si la capacité de reprise des contrainte de cisaillement est trop faible, la rupture intervient (branche a).

- Etape IV :

La déformation de cisaillement augmente en gardant des efforts sollicitant de traction et de cisaillement quasiment constants. Si la capacité de reprise des contraintes de cisaillement est insuffisante, la rupture apparait (branche b).

- Etape V :

De l’engrènement apparait, la résistance augmente à nouveau puis la rupture intervient en compression.

Page 145 sur 443 Figure 97: Processus de rupture proposé par (Kanakubo et al., 2010)

Cette interpretation peut être rapprochée des conclusions de (Mattock et al., 1975). En effet plus l’effort de traction est important, plus l’ouverture de fissure (étape 2) est importante et plus l’engrènement (étape 5) a du mal à se mettre en place.