Estimation de la longueur d’ancrage des armatures

La longueur d’ancrage d’une armature est un élément essentiel du dimensionnement d’un ouvrage en béton armé. Pour la quantifier de manière objective à partir des résultats de nos essais, nous choisissons d’adopter la définition de la longueur d’ancrage proposée par Yuan, H. [YUAN 05]. Cet auteur définit la longueur d’ancrage comme la longueur nécessaire pour reprendre 97 % de l’effort appliqué sur l’armature. Cette définition a été initialement formulée pour être appliquée à des modèles d’adhérence continus prévoyant une déformation qui tend à s’annuler en s’éloignant du bord chargée (mais qui n’atteint jamais une valeur nulle, empêchant ainsi une reprise à 100 % de l’effort). Elle a récemment été appliquée à l’exploitation de résultats expérimentaux dans le domaine du collage (par exemple [BIL 14]). En suivant la démarche proposée, le critère de détermination de la longueur d’ancrage s’écrit sous la forme suivante :

(3.4)

où est la déformation longitudinale de traction de l’armature, à une distance du début d’ancrage, correspond à la longueur scellée de l’armature et correspond à la longueur d’ancrage (inconnue de l’équation).

Les valeurs de longueur d’ancrage ont ainsi été estimées sur les différentes armatures, pour des chargements de l’ordre de 20 % (interface peu endommagée). Les intégrations ont été effectuées sur les séries de données par la méthode des trapèzes, en sommant pour chaque point ( ,

) à partir de , les surfaces des trapèzes :

_(3.5)

Ces valeurs sont référencées dans le Tableau 3.5. Elles sont également résumées et comparées aux longueurs scellées sur la Figure 3.23, puis représentées sur les profils de déformations pour les différents types d’armatures (Figure 3.24 à Figure 3.26).

Les résultats obtenus semblent indiquer une augmentation de la longueur d’ancrage des armatures avec leur diamètre (Figure 3.23). Les valeurs répertoriées dans le Tableau 3.5 précisent de plus que pour un même diamètre, les armatures non sablées VERRE-NS-12,7mm présentent une longueur d’ancrage plus faible que les armatures sablées VERRE-S-12,7mm. Le même constat peut être établi pour les armatures CARBO. Bien que le sablage soit bénéfique pour la résistance à l’arrachement et la rigidité d’interface, il ne diminue pas la longueur d’ancrage de l’armature mais tend au contraire à l’augmenter fortement, cette dernière étant alors en mesure de reprendre un effort d’arrachement plus important.

Enfin, pour des diamètres équivalents (9-10 mm), les armatures CARBO-S semblent présenter une longueur d’ancrage supérieure à celle des armatures ARA2-S, elle-même supérieure à celle des armatures VERRE-S. Nous notons donc, une augmentation de la longueur d’ancrage avec le module des armatures. Une tendance similaire a été relevée à l’issue d’un travail de modélisation mené par [NEW 10].

Tableau 3.5 : Longueurs d’ancrage estimées à partir des profils expérimentaux et de la relation (3.2.) Effort Longueur d’ancrage (mm) VERRE-S-9,5mm-3-FO 3 kN (21,9 %) 33 VERRE-S-9,5mm-4-FO 3 kN (21,9 %) 30 VERRE-S-9,5mm 31,5 ± 1,5 VERRE-S-12,7mm-3-FO 5 kN (16 %) 47 VERRE-S-12,7mm-4-FO 5 kN (16 %) 50 VERRE-S-12,7mm 48,5±2,5 VERRE-S-15,9mm-3-FO 10 kN (18,9 %) 55 VERRE-S-15,9mm-4-FO 10 kN (18,9 %) 56 VERRE-S-15,9mm 55,5 ± 0,5 VERRE-NS-12,7mm-3-FO 1 kN (17,2 %) 37 VERRE-NS-12,7mm-4-FO 1 kN (17,2 %) 20 VERRE-NS-12,7mm 28,5 ± 8,5 ARA2-S-9mm-3-FO 2 kN (19,8 %) 35 ARA2-S-9mm-4-FO - - ARA2-S-9mm 35 ARA2-S-15mm-3-FO - - ARA2-S-15mm-4-FO 8 kN (20,6 %) 51 ARA2-S-15mm 51 CARBO-S-10mm-3-FO - -CARBO-S-10mm-4-FO 2 kN (15,8 %) 43 CARBO-S-10mm 43 CARBO-NS-10mm-3-FO 2 kN (18,2 %) 35 CARBO-NS-10mm-4-FO 2 kN (18,2 %) 33 CARBO-NS-10mm 34 ± 1 ACIER-HA-12mm-3-FO 5 kN (19,1 %) 45 ACIER-HA-12mm-4-FO - - ACIER-HA-12mm 45

Figure 3.24 : Représentations de la longueur scellée et de la longueur d’ancrage : Armatures VERRE-S-12,7mm (a) et VERRE-NS-12,7mm (b)

Figure 3.25 : Représentations de la longueur scellée et de longueur d’ancrage : Armatures CARBO-S-10mm (a) et CARBO-NS-10mm (b)

Figure 3.26 : Représentations de la longueur scellée et de la longueur d’ancrage : Armatures ARA2-S-9mm (a) et ACIER-HA-12mm (b)

(a) (b)

(a) (b)

3.4. Conclusions

Les essais d’arrachement réalisés dans le cadre de cette étude ont permis de mieux appréhender le comportement mécanique de l’interface entre le béton et l’armature, et de mettre en évidence l’influence de paramètres tels que le type de matériau, la forme et l’état de surface des barres, ainsi que leur diamètre.

Il ressort notamment que les caractéristiques de la couche superficielle de sable jouent un rôle majeur sur le mécanisme de transfert d’effort à l’interface (rigidité de l’interface, résistance et palier de contrainte post-pic lié à la friction). Il apparaît également que pour des diamètres comparables, les armatures VERRE-S-12mm présentent des valeurs de résistance à l’arrachement légèrement supérieures à celles des armatures ACIER-HA-12mm.

L’instrumentation fine des armatures au moyen de fibres optiques installées de manière continue sur toute la longueur de scellement, a permis d’évaluer la répartition locale des contraintes le long de l’interface armature/béton lors des essais d’arrachement, et de suivre l’évolution de cette répartition avec l’endommagement progressif de l’interface. Ce type d’instrumentation nous a également permis d’estimer la longueur d’ancrage de chaque armature, et de noter une augmentation de cette longueur d’ancrage avec la rigidité, le diamètre, ainsi que la présence de sable.

Plus généralement, avec l’évolution progressive de l’endommagement, les déformations tendent à se répartir sur l’ensemble de la longueur scellée et les profils tendent à devenir droits, indiquant une répartition uniforme des contraintes de cisaillement. Les profils de déformations « non-droits » indiquent en revanche une répartition plus complexe des contraintes de cisaillement. Dans ces derniers cas, la représentativité des courbes contrainte moyenne de cisaillement / glissement de l’armature sur le comportement local d’interface peut être remise en cause.

Une étude supplémentaire, qui s’appuie sur la mesure continue des fibres optiques et une modélisation aux éléments finis, est présentée dans le prochain chapitre. Ce travail a pour objectif d’étudier finement le comportement local d’interface, et de modéliser les différents mécanismes mis en jeu lors du transfert de charges entre les armatures et le béton.

CHAPITRE 4