Comportement mécanique et pratique de dimensionnement
2.1 Comportement en cisaillement des dalles en béton armé armé
2.1.1 Fissuration et Modes de rupture
2.1.1.2 Modes de ruptures des dalles: Cisaillement Vs poinçonnement
Les ruptures par cisaillement et par poinçonnement des dalles en béton armé sont, dans certains aspects, des phénomènes très similaires. La rupture liée à un effort tranchant excessif, est soudaine et fragile et concerne une région localisée de la structure rupture. Il existe cependant des différences importantes qui font que les deux phénomènes ne peuvent être traités quasi-similairement. La rupture par poinçonnement correspond au phénomène dans lequel une charge localisée provoque un cône de rupture défini par un périmètre de référence (Figure 2.5). Cette forme de sollicitation se rencontre le plus souvent lorsqu’une grande charge est transmise à une dalle par des appuis concentrés. Dans le cas d’une rupture par cisaillement la charge localisée provoque un plan de rupture défini par une largeur effective en cisaillement que l’on abordera dans la prochaine section. Le cisaillement limite de chacun de ces deux modes de rupture n’est pas le même, compte tenu en particulier du caractère conventionnel de la définition géométrique de la zone de rupture.
Figure 2.5 : (a) Rupture par cisaillement, viaduc de la concorde 2006; (b) Rupture par poinçonnement, pont-dalle Lestuzzi, 2007 [14].
Dans la littérature technique et scientifique relative au cisaillement et au poinçonnement, les deux modes de ruptures sont parfois qualifiés respectivement de cisaillement "unidirectionnel (one-way shear)" et "bidirectionnel (two-way shear)". Le cisaillement à sens unique dans les dalles en béton armé comme dans notre cas d’étude, est également un sujet d'intérêt pour les ingénieurs de ponts qui étudient la capacité au cisaillement des ponts-dalles soumises à des charges concentrées. Au cours des dernières
années, de meilleures estimations de la capacité au cisaillement pour le cas du cisaillement unidirectionnel sont devenues nécessaires. Cependant lorsqu'une dalle en béton armé soumise à une charge concentrée est vérifiée pour le cisaillement, les deux modes de ruptures liés au cisaillement unidirectionnel et bidirectionnel doivent être pris en considération.
Dans le cas d’un cisaillement unidirectionnel (one way-shear ou cisaillement ou encore cisaillement de poutre), une fissure de cisaillement se développe entre la charge et l’appui tandis que dans le cas bidirectionnel (poinçonnement ou two-way shear) des fissures tangentielles et radiales se produisent d’abord auquel s’en suit le poinçonnement d'un cône de béton. Des exemples issus des travaux de différents chercheurs, de ruptures par cisaillement et par poinçonnement de dalles et des schémas de fissuration associés sont illustrés sur les Figure 2.6, Figure 2.7 et Figure 2.8.
Dans les cas intermédiaires entre le cisaillement unidirectionnel et bidirectionnel, les forces de cisaillement ne se développent ni parallèlement, ni radialement Rodrigues et al.
2008 [15]. À partir de la charge concentrée, les trajectoires des contraintes de cisaillement circulent dans la direction de la portée et dans la direction transversale (typique pour le poinçonnement), tandis que vers le support, les trajectoires circulent uniquement dans la direction de la portée (typique pour le cisaillement). En tant que tel, les deux modes de rupture ne peuvent pas être traités de manière indépendante Lubell, 2006 [16] (Figure 2.9).
De nombreux cas pratiques, en particulier dans l'ingénierie des ponts, se situent dans cette zone de transition. Peu de recherches se sont orientée vers une meilleure compréhension de la zone de transition d'un cisaillement unidirectionnel à un cisaillement bidirectionnel Doorgeest, 2012 [17].
Figure 2.6 : Cisaillement unidirectionnel, fissuration après rupture: (a) face inférieure; (b) face latérale ouest; (c) face latérale est. Cisaillement bidirectionnel, fissuration après rupture: (d) face avant; (e)
face inférieure Lantsoght et al. 2014 [18], Lantsoght et al. 2013 [19]
Figure 2.7 : Exemple de rupture par cisaillement de dalle en béton armé : (a) faces latérale ; (b) face inférieure ; (c) coupe transversale Rodrigues, 2007 [20]
Figure 2.8 : Exemple de rupture par poinçonnement de dalle en béton armé : (a) face supérieure ; (b) coupe transversale Guandalini et Muttoni, 2004 [21]
(
a
)(
b
)(
c
)(
a
)(
b
)Figure 2.9 : Périmètre critique de poinçonnement et de cisaillement. Tiré de Lantsoght, 2015 [22]
Les codes actuels tels que l’ACI 318-14 [1] et l’Eurocode 2 CEN. Eurocode 2, 2005 [6] utilisent des expressions semi-empiriques pour prédire la capacité des éléments en béton armé sans armatures de cisaillement. Les prédictions pour un cisaillement unidirectionnel (one-way shear) sont basées sur les résultats d'un grand nombre d'essais sur des poutres rompant en cisaillement. Les poutres d’essais en cisaillement sont petits (en dimensions), fortement renforcés, simplement appuyées et testées en flexion en quatre points Reineck et al.
2013 [23]. Ces essais pourraient ne pas être très appropriés pour prédire la capacité au cisaillement des poutres larges et des dalles soumises à des charges concentrées, car la largeur de l'élément complet n'est pas activée et, autour de la charge concentrée, les trajectoires de contraintes de cisaillement ne sont pas toutes parallèles à la direction de la portée. De même, les dispositions de cisaillement bidirectionnelles sont basées sur des essais sur les connexions de dalles-colonnes ASCE-ACI Task Committee 426, 1974 [24], ce qui pourrait ne pas être tout à fait approprié pour prédire la capacité au cisaillement des poutres larges et des dalles soumises à des charges concentrées. Les conditions limites qui déterminent la capacité au cisaillement des poutres larges et des dalles soumises à des charges concentrées sont différentes de celles des connexions des dalles-colonnes. De plus, vers le support, les principales trajectoires de contraintes de cisaillement d'une poutre large ou d'une dalle sous une charge concentrée deviennent parallèles au support, comme dans le cas du cisaillement unidirectionnel. Le cas intermédiaire des dalles portant dans un sens ou des poutres larges sous charges concentrées n'est donc pas entièrement décrit sur la base de l’état de connaissance du cisaillement unidirectionnel et bidirectionnel.