L’efficacité des mécanismes de résistance à l’effort tranchant précédemment décrits peut être affectée par divers facteurs. Ces facteurs sont énumérés dans les paragraphes qui suivent.
2.2.1. Résistance à la compression et à la traction du béton
La résistance à la compression du béton se retrouve dans la plupart des équations de calcul de capacité du béton. Toutefois, c’est plutôt la résistance à la traction qui est déterminante puisque ce sont les efforts de traction qui initient l’ouverture des fissures de cisaillement (section 2.1). La résistance à la traction est exprimée comme suivant une relation racine carrée de la résistance à la compression dans le code canadien de conception CSA S6-14.
La recherche menée dans les dernières décennies semblent démontrer que la résistance à la compression, et, de facto, la résistance à la traction, n’ont que peu d’influence considérable sur la capacité à l’effort tranchant d’un élément de béton. Angelakos et coll. (2001) ont d’ailleurs mené une série d’essais sur des poutres sans armature transversale ayant des résistances à la compression comprises entre 21 et 80 MPa. Les résultats illustrés à la Figure 2-6 montrent que la résistance à la compression du béton a une influence marginale sur la résistance à l’effort tranchant.
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Figure 2-6. Courbe charge-flèche pour cinq poutres sans renforcement en cisaillement avec différentes résistances à la compression (a/d = 2,9) (Angelakos et coll., 2001)
2.2.2. Granulats
Tel que décrit à la section 2.1.2, les granulats permettent de transférer les contraintes de cisaillement à travers les fissures par buté et friction. La littérature révèle que l’augmentation de la taille des granulats offre une plus grande résistance à l’effort tranchant et un transfert d’effort plus important lorsque de larges fissures sont présentes (Sherwood et coll., 2007). L’effet bénéfique s’estompe toutefois au-delà d’un diamètre effectif maximal de granulat de 25 mm selon Sherwood et coll. (2007), tel que montré à la Figure 2-7.
Figure 2-7. Contrainte de cisaillement à la rupture en fonction de la taille maximale des granulats (Sherwood et coll., 2007)
10 2.2.3. Armature longitudinale
L’armature longitudinale joue un rôle double dans la résistance à l’effort tranchant. Présente en plus grand nombre, elle permet un effet goujon plus important. Ensuite, elle réduit les déformations longitudinales au sein de l’élément de béton, ce qui atténue l’ouverture des fissures et favorise le transfert d’effort par enchevêtrement des granulats (Collins et coll., 2008). La contribution de l’armature longitudinale à la résistance à l’effort tranchant augmente avec : a) une plus grande quantité d’armature, b) une rigidité plus élevée et c) une disposition répartie sur la hauteur de l’élément.
2.2.4. Portée en cisaillement
Le mode de rupture des éléments sans armature transversale et la prépondérance des différents mécanismes de résistance à l’effort tranchant dépend du ratio a/d (Kani, 1967) tel que défini à la Figure 2-4. En effet, l’effet d’arche est dominant pour des éléments pour lesquels a/d < 2,5 et la rupture survient par écrasement de la bielle de compression. Tel qu’illustré à la Figure 2-8, les éléments profonds peuvent ainsi résister à une grande contrainte de cisaillement normalisée égale à 𝑉/𝑏𝑤𝑑√𝑓′𝑐, où V et bw représentent l’effort
tranchant et la largeur de l’élément respectivement. Il peut également être observé à la Figure 2-8 qu’un allongement de la portée a réduit considérablement la contrainte ultime de cisaillement normalisée.
En effet, lorsqu’un élément de béton non-armé transversalement est de type élancé (a/d >
2,5), il se développe un effet poutre au sein de l’élément où l’armature longitudinale
transfert graduellement les efforts de traction dans le béton, entre la charge et les appuis. Cela génère un champ de traction et de compression au sein de l’élément et la rupture survient par la propagation d’une fissure principale diagonale (Collins et coll., 2008). Pour des portées très élancées, la rupture en flexion est atteinte avant la capacité maximale à l’effort tranchant. À titre indicatif, la Figure 2-9 présente les valeurs du rapport a/d, le qualificatif (profond, élancé) et le mode de rupture associé.
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Figure 2-8. Influence du rapport portée de cisaillement sur profondeur (a/d) sur la contrainte de cisaillement maximale (Collins et coll., 2008)
Figure 2-9. Rapport portée de cisaillement-profondeur a/d et mode de rupture associé (Massicotte, 2013) 2.2.5. Profondeur effective et effet d’échelle
Les dimensions d’un élément en béton armé sans armature transversale ont un rôle à jouer sur la résistance à l’effort tranchant. Si les études de Kani (1967) semblent montrer que la largeur d’un élément n’a pas d’influence significative sur la capacité à l’effort tranchant, la profondeur, elle, aurait une influence notoire. En effet, Kani (1967) démontre que l’augmentation de la profondeur d d’une poutre de béton armé sans armature transversale
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induit une réduction des contraintes de cisaillement menant à la rupture, comme le montre la Figure 2-10. Il est alors question d’effet d’échelle puisqu’il y a dépendance entre contrainte ultime de cisaillement et dimension de l’élément. Plus spécifiquement, Frantz et Breen (1980) expliquent que la réduction de la contrainte ultime en fonction de la profondeur est attribuable à la plus grande ouverture des fissures de cisaillement dans les éléments profonds. Ils ont observé que pour les éléments profonds fléchis, la distance longitudinale entre les fissures à mi-hauteur peut atteindre trois fois celle de la face en traction. Or, la distance entre les fissures étant plus grande, l’ouverture des fissures est conséquemment plus grande et la transmission des contraintes par enchevêtrement des granulats s’en trouve amputée.
Figure 2-10. Contrainte de cisaillement à la rupture selon la profondeur d d'une poutre de béton. Adapté des essais de Kani (1967) (Kuchma et Collins, 1998)