Comportement d’adhérence entre la barre composite insérée avec la technique NSM et le béton

L’adhérence entre la barre composite insérée avec la technique NSM et le béton d’enrobage est un paramètre principal pour assurer le fonctionnement du matériau composite. Afin d'assurer l’adhérence, en évitant toute rupture précoce par le décollement, une longueur d’ancrage suffisante doit être prévue. Le succès d'un système de renforcement dépend fortement des propriétés d’adhérence à l’interface entre l'armature et le béton. Par conséquent, il est de toute importance d'étudier l’adhérence entre les barres composites insérées avec la technique NSM et le béton, comme étude préliminaire afin de développer des modèles raisonnables de la longueur d'ancrage de la technique NSM. À ce jour, plusieurs études expérimentales peuvent être trouvées dans la littérature sur le comportement d’adhérence entre les barres composites insérées par NSM et le béton, qui examinent l'effet de plusieurs paramètres tels que la longueur d’adhérence, la surface de barre composite, le type de matériaux composites, les dimensions d’engravure et le type de matériau de scellement. (Blaschko et al. 1999; Yan et al. 1999; Carolin et al. 2001; De Lorenzis 2002; Sena Cruz 2004; Pickles 2004; Shield et al. 2005; Seracino et al. 2007; Al-Mahmoud 2007; Perera et al. 2008; Perera et al. 2009a; Perera et al. 2009b; Kalpana et al. 2009)

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Figure I-13 : Différents systèmes NSM.

Figure I-14 : Dimensions des engravures de la technique NSM.

Jonc composite Bande composite Armature en acier bg,hg =2dfAl-Mahmoud et al, 2007)

Barres lisses bg, hg ≥1.5 df De Lorenzis, 2002

Barres sablées bg, hg ≥2 df De Lorenzis, 2002

hg ≥ 1.5 hfParretti et Nanni, 2004 hg ≥ hf +3mmBlaschko, 2003 bg ≥ 3tfParretti et Nanni, 2004 bg ≥ tf+3mmBlaschko, 2003 df bg hf tf hf tf hg bg hg bg hg Béton Engravure Matériau de Scellement Jonc composite Béton Engravure Matériau de Scellement Barre rectangulaire/ carrée composite Béton Engravure Matériau de Scellement Bande composite 3 côtés collés de la barre composite 3 côtés collés de la barre composite ag ae a'e

Chapitre I

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I.5.6.1. Résumé des travaux expérimentaux existants

Le Tableau I-1 résume les travaux antérieurs sur l’adhérence, l’ancrage, le comportement de renforcement au cisaillement et en flexion par des barres composites insérées avec la technique NSM, depuis des essais d'adhérence à petite échelle jusqu’aux essais sur des poutres à la grande échelle. Dans la plupart de ces études, la fibre en carbone a été choisie comme matériau de renforcement en raison de ses propriétés supérieures, telles que la résistance maximale à la traction élevée et la rigidité grande. La résine époxy a été utilisée comme matériau de scellement dans de nombreux cas, sauf dans certains cas (Carolin et al. 2001; De Lorenzis 2002; Al-Mahmoud et al. 2009).

Carolin et al. (2001) ont trouvé que le coulis de ciment se comporte bien comme matériau de scellement, et donne des valeurs de l’adhérence comparables avec celles avec la résine époxy, contrairement aux conclusions de De Lorenzis (2002) où le coulis de ciment a été faible comme matériau de scellement.

Al-Mahmoud (2007) a trouvé que la résine époxy montre une meilleure performance que le mortier à base de ciment quel que soit la configuration de l’essai. Pour l’essai d’arrachement direct, la charge ultime est toujours plus importante que celle obtenue pour les joncs de carbone scellés directement dans le béton quelle que soit la résistance du béton. Pour le mortier à base de ciment, la charge ultime est toujours environ égale à la moitié de celle obtenue avec la résine époxy ou avec les joncs de carbone scellés dans le béton directement.

Par conséquent, il semble que de nouvelles recherches dans ce domaine seraient très utiles afin de déterminer des alternatives moins chères aux résines époxy.

Jusqu'à présent, des études expérimentales d’une quantité importante ont été consacrées au comportement d’adhérence entre les barres de carbone insérées par le système NSM et le béton. Peu d'informations sont disponibles sur les méthodes d'ancrage des joncs composites insérés avec le système NSM pour les deux types de renforcement en flexion et au cisaillement.

De Lorenzis et al. (2001) ont proposé que la continuation des joncs composites insérés avec la technique NSM (pour renforcer une poutre en T au cisaillement) dans sa table et qui sont placés verticalement sur les côtés de l’âme, soit un moyen efficace d'ancrage, et pourrait être capable d’exclure la ruine par décollement des joncs composites à cause d’une rupture de l’époxy. Ils ont également trouvé que les barres composites inclinées 45° et suffisamment espacées contribuent également à éviter la rupture par le décollement dans le renforcement au cisaillement. En outre, il est intéressant d'examiner les moyens possibles d'ancrage des joncs composites insérés par NSM pour le renforcement au cisaillement dans les poutres rectangulaires parce que cette méthode (les barres d'ancrage dans la table), est applicable uniquement aux sections transversales en forme de T

La série expérimentale de De Lorenzis (2002) sur le comportement d’adhérence est une base solide pour la recherche dans l’adhérence et l'ancrage de barres composites (FRP) insérées par NSM, donnant des informations utiles sur leur comportement d’adhérence et sur leur efficacité d’utilisation. L'effet de nombreux paramètres importants tels que la longueur d’adhérence, les dimensions d’engravure, la configuration de la surface des barres et le matériau de scellement ont été examinés.

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Une autre grande étude expérimentale sur l’adhérence des barres composites insérées par le système NSM est réalisée par Sena Cruz (2004) qui a étudié des paramètres variables tels que la longueur d’adhérence, la résistance du béton et l'histoire du chargement. Toutefois, dans ces deux études, les essais de type d’adhérence sur des poutres ont été réalisés en s’assurant qu'aucune fissuration ne se produit en flexion (donc en négligeant le renforcement interne en acier) avant la rupture d’adhérence de sorte que le comportement pur d’adhérence pourrait être étudié. Par conséquent, les modes de ruine observés dans ces études sont différents de ceux observés pour des poutres renforcées en flexion en utilisant des barres composites (FRP) insérées par NSM. Donc, les résultats tels que les courbes réalisées τ-glissement dues à des essais d’adhérence dans ces études ne peuvent être directement transférées aux modèles prédictifs pour des poutres réelles où la présence de fissures de flexion et de cisaillement change la distribution d’adhérence de manière significative.

Un nombre limité des études expérimentales qui ont été consacrées sur l'effet du renforcement interne dans l’élément renforcé (De Lorenzis 2002; De Lorenzis et al. 2001; T. Hassan et al. 2001). Selon les résultats de ces études, il semble qu'il y a un effet considérable en raison de l'armature interne sur le comportement d’adhérence qui pourrait même changer le mode de ruine. Cependant, une relation claire entre l'armature interne et le comportement d’adhérence n'a pas encore été développée.

Dans la plupart des études citées dans le tableau I-1, la ruine par l’adhérence se produit avant la rupture des barres composites à la traction, ce qui conduit à une utilisation non optimale de ses barres. Dans les travaux expérimentaux de De Lorenzis et al. (2002), la charge ultime correspond seulement 33% de la résistance à la traction maximale des barres composites de carbone (CFRP) et 60% de celle des barres composites de verre (GFRP). Les travaux expérimentaux de T. Hassan et al. (2001) ont obtenu environ 40-45% de la résistance maximale des barres, alors que dans leur deuxième série des essais sur des bandes composites de carbone (CFRP), la ruine s'est produite par la rupture des bandes composites, indiquant l'utilisation à 100% de la résistance maximale à la traction des bandes. De Lorenzis (2002) a trouvé que les capacités d’adhérence est jusqu'à 60% de la résistance maximale à la traction des barres composites de carbone (CFRP), et jusqu'à 64% de celle en utilisant des barres composites de verre (GFRP). Blaschko (2003) a également signalé la ruine par une rupture à la traction des bandes de carbone (CFRP) insérées avec NSM. Kalpana et al. (2009) ont démontré que l'utilisation de la résistance maximale à la traction des barres composites de carbone (CFRP) dépend du rapport section transversale / périmètre. Et alors, les barres rectangulaires semblent être la forme la plus efficace en comparant avec les formes carrées et rondes.

I.5.6.1. Mécanismes de ruine dans le système NSM – par essais d’arrachement direct

Plusieurs mécanismes de rupture ont été signalés dans les essais d’adhérence qui sont effectués sur des barres composites avec la technique NSM (Blaschko 2003; De Lorenzis 2002; Sena Cruz 2004; Seracino, Saifulnaz, et al. 2007). Ils comprennent la rupture à l'interface barre composite-matériau de scellement, la rupture à l'interface matériau de scellement-béton, la rupture par le fendage (splitting) du matériau de scellement et la rupture par le fendage du béton en bord.

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