Chapitre 2.
Chapitre 2. Etat de l’art ... 28
Comportement local et rupture à l’interface barre – scellement ... 32 Observations expérimentales ... 32 Modèles de comportement d’une portion de l’interface barre-scellement ... 48 Comportement le long de l’ancrage à l’interface barre – scellement pour une sollicitation en traction ... 52
Introduction
Lorsque la barre d’ancrage est sollicitée en tête par une force inclinée (Figure 19), elle transmet cette force aux milieux encaissants (le scellement et la roche) par deux types de comportement :
- un travail en flexion composée en tête de la barre sur une longueur dite « longueur de transmission » où interviennent les modules de réaction du coulis et de la roche en complément de la flexion de la barre d’acier.
- un travail en traction seule en profondeur le long de la barre sur une longueur dite « longueur de dissipation » où la sollicitation en traction transmise à ce niveau est progressivement dissipée par le cisaillement à l’interface barre-scellement.
Figure 19 Différents modes de rupture d’un ancrage
En ce qui concerne la longueur de transmission, elle est de l’ordre de 5 fois le diamètre de la barre d’acier dans une roche de moyenne à haute résistance d’après les études expérimentales et numériques de Pellet (1993), Pellet et Egger (1996), Ferrero (1995) et Grasselli (2005). En pratique, la roche en tête du scellement est souvent endommagée ou de qualité médiocre et ne contribue donc pas à la reprise des efforts. La barre fléchit pour se mettre dans l’axe de la force appliquée, ce qui a un effet favorable car la résistance en traction de la barre est de l’ordre de 1,7 fois supérieure à sa résistance en cisaillement. En conséquence, dans ce cas, la force inclinée appliquée en tête de la barre est totalement transmise en traction en profondeur. Dans tous les cas, il s’avère que la longueur de scellement doit être adaptée à la longueur de dissipation de l’effort en profondeur. Dans le cadre de la thèse, il a été décidé d’étudier le comportement en traction afin de déterminer cette longueur de scellement efficace de l’ancrage.
Dans la littérature, les études sur le comportement de l’ancrage ont été menées sur des modes de fonctionnement spécifiques à certains domaines d’application :
- dans le domaine du béton armé, les barres d’acier sont utilisées comme élément de transfert de charge et pour augmenter la résistance en traction du matériau. Elles travaillent donc en traction ce qui a conduit exclusivement à des études du comportement en traction de la barre d’acier noyée dans du béton. Ces études nous permettront cependant d’éclairer le mécanisme de transfert d’efforts entre la barre d’acier et le matériau de scellement.
- dans le domaine des tunnels et des mines, les ancrages sont essentiellement installés pour assurer un soutènement souterrain et sont sollicités en traction par convergence du terrain. Le type de sollicitation dans cette application est donc différent de celui de notre cas d’étude. Cependant, pour caractériser le comportement sous une telle sollicitation, des études expérimentales par essais d’arrachement générant une sollicitation en traction en tête de l’ancrage ont été réalisées et comparées à des développements analytiques et numériques susceptibles de nous intéresser.
Lors que la barre en acier d’un ancrage est sollicitée en tête par une force en traction, cette force est transmise premièrement au scellement par l’adhérence entre la barre et le scellement et finalement à la roche par l’adhérence entre le scellement et la roche après que le scellement se soit plus ou moins déformé. Ce comportement peut conduire à différents modes de rupture de l’ancrage non exclusifs :
- la rupture à l’interface scellement-roche par manque d’adhérence entre le scellement et la roche,
- la rupture à l’interface barre-scellement par manque d’adhérence entre le scellement et la barre,
- la rupture de la barre par manque de résistance en traction et/ou cisaillement de la barre d’acier,
- la rupture du scellement, - la rupture du massif rocheux.
Le comportement et la rupture de ce système font donc intervenir non seulement différents paramètres liés aux caractéristiques propres de la barre, du scellement, du massif rocheux mais aussi aux caractéristiques des interfaces entre ces éléments. Or si les propriétés mécaniques des matériaux peuvent être connues par des essais standardisés et les comportements peuvent être traduits par des modèles, les interfaces, quant à elles, demeurent plus difficiles à caractériser. Cette partie est donc plus particulièrement consacrée à une étude bibliographique des comportements de l’interface barre – scellement et de l’interface scellement – roche.
Dans cette logique, le paragraphe 2.1 étudie le comportement et la rupture à l’interface barre – scellement. Dans un premier temps, des études expérimentales de l’arrachement de l’ancrage sont présentées. Elles permettent d’expliquer le phénomène physique de l’interaction entre la barre et le scellement et de mettre en évidence l’influence de certains paramètres sur le comportement de l’ancrage. Ensuite, des modèles de comportement local de l’interface barre – scellement établis à partir de ces études expérimentales sont décrits. Enfin un dernier paragraphe décrit les études existantes sur la distribution des contraintes de cisaillement à l’interface barre-scellement le long de l’ancrage.
De la même manière, le paragraphe 2.2 présente l’étude sur le comportement et la rupture à l’interface scellement – roche.
Finalement, le paragraphe 3 conclut cette bibliographie sur le comportement en traction de l’ancrage et la méthodologie retenue afin d’atteindre l’objectif de la thèse.