Paramètres influents sur le comportement de la liaison acier/béton (autres que la

La réponse de la liaison acier/béton à un chargement est pilotée par les caractéristiques des matériaux mis en jeu (l’acier et le béton) et les interactions entre ces matériaux. Les paramètres influençant le comportement de la liaison sont nombreux et leur influence a été largement étudiée et discutée dans la littérature.

L'étude reconnue comme la plus complète et la plus riche a été réalisée par Eligehausen [119]. Elle propose un modèle analytique simple qui a servi de base à de nombreux textes normatifs. Dans le cadre du vaste programme expérimental effectué (125 éprouvettes ont été testées), plusieurs paramètres ont été étudiés : l'effet de l'histoire du chargement sur le comportement de la liaison, l'effet du confinement, le diamètre des armatures, le type de nervures, la résistance à la compression du béton et la vitesse de chargement.

Dans la suite, ne seront exposés que les facteurs les plus étudiés dans la littérature, les plus significatifs et dont l’influence sur la réponse de l’interface est la plus notable.

I.2.2.1 Chargement

Dominguez [108] a expliqué que lorsque le chargement cyclique (alterné en traction/compression) provoque dans l’armature des contraintes inférieures au seuil d’élasticité de l’acier, alors les efforts n’ont aucune influence sur le comportement de la liaison (la liaison reste parfaite). Dans le cas contraire, les déformations transverses de l’armature dues à l’effet Poison peuvent influencer le comportement de la liaison acier/béton. Les résultats de cet auteur confirment de plus que l’histoire du chargement influe sur le comportement de la liaison acier/béton. En effet, à chaque inversion du chargement, une réduction importante de la résistance de la liaison est provoquée. La vitesse de chargement intervient également dans le comportement de la liaison. Son accroissement peut produire une augmentation de la résistance de la liaison (augmenter de 100 fois la vitesse produit une amélioration de 15% de la résistance de la liaison acier/béton) [108].

I.2.2.2 Caractéristiques géométriques de l’armature

Les caractéristiques géométriques de l’armature (en particulier sa géométrie de surface) influencent de manière importante le comportement de la liaison acier/béton. En effet, les armatures lisses (souvent dénommées « ronds lisses ») assurent une résistance de liaison plus faible que les armatures nervurées. Les armatures nervurées présentent une surface de contact beaucoup plus élevée et des caractéristiques géométriques qui s’opposent à la décohésion lors d’un cisaillement. La première phase de dégradation est quasi-inexistante pour les armatures lisses. Selon Dominguez [108], un des paramètres représentatifs est

béton. En particulier, Dominguez [108] établi que plus est grand, plus la résistance de la liaison augmente.

Eligehausen [119] affirme qu’une variation du diamètre entre 19 et 32 mm influence peu le comportement de la liaison alors que Gambarova [122] estime qu’une augmentation du diamètre entraine une diminution de la résistance à l’interface. L’influence du diamètre de l’armature est fortement corrélée à l’épaisseur d’enrobage et aux effets d’échelle. Ainsi, la plupart des recherches effectuées sur les caractéristiques des armatures ont été menées en considérant le rapport c/ où est le diamètre de l’armature et c l’épaisseur du béton d’enrobage.

Figure I-39. Caractéristiques géométriques d'une armature nervurée [108]

I.2.2.3 Espacement entre les armatures

D’après Dominguez [108], plus la distance entre les armatures augmente, dans une limite de 1 à 4 fois le diamètre de l’armature, plus la résistance de la liaison s’intensifie. En effet, plus les armatures sont éloignées les unes des autres, plus elles deviennent indépendantes mécaniquement et ainsi la coalescence de la fissuration d’une armature vers l’autre est évitée. Cette influence est significative durant la phase initiale du comportement de la liaison lorsque les fissures longitudinales se développent (Figure I-29).

Cependant, l’effet de proximité (coalescence de la fissuration d’une armature sur l’autre) devient négligeable lorsque le confinement est efficace et qu’il évite la propagation de fissures longitudinales [108].

I.2.2.4 Caractéristiques du béton

Parmi les paramètres qui peuvent influencer la résistance de l’interface acier/béton, il convient de mentionner les différents paramètres liés à l’enrobage, c'est-à-dire ceux liés à l’hétérogénéité et l’épaisseur d’enrobage du béton ainsi que ceux liés aux caractéristiques mécaniques du béton (résistance en compression, résistance en traction, module d’Young). Les travaux de Eligehausen, ont mis en évidence que la résistance de la liaison acier/béton est quasiment proportionnelle à la racine carré de la résistance à la compression du béton alors que le glissement y est inversement proportionnel [119]. En effet, la résistance à la compression est un très bon indicateur de la résistance à la traction, qui elle-même est déterminante dans l’initiation de la fissuration du béton d’enrobage et la fin de la phase d’adhérence parfaite entre le béton et l’armature.

L’hétérogénéité du béton d’enrobage influence localement les valeurs de résistance (compression et traction), elle affecte directement la résistance de la liaison, et en conséquence, altère la distribution de celle-ci le long de l’armature.

L’épaisseur d’enrobage conditionne les propriétés de confinement de l’armature et de transfert des efforts (notamment par les bielles de compression) et donc, l’apparition de la fissuration.

I.2.2.5 Confinement

Dans ce manuscrit, le terme confinement désigne l’ensemble des forces de compression s’exerçant dans la direction normale à la surface de l’acier en contact avec le béton. Deux types de confinement peuvent être différenciés, le confinement actif engendré par l’application d’une pression latérale (cas d’une sollicitation multiaxiale) et le confinement passif induit par un renforcement passif tel que celui des armatures transversales (notamment les cadres).

Laborderie [142] a constaté que la pression latérale fait croître la résistance de la liaison durant la première phase de dégradation (chemin BC de la courbe présentée sur la Figure I-30-b) mais reste sans effet pendant la phase post-pic du comportement de la liaison.

Les travaux d’ Eligehausen [119] démontrent que le confinement passif joue un rôle favorable sur la qualité de la liaison armature/béton car les fissures longitudinales se développent plus aisément autour d’une armature lorsque celle-ci se trouve dans un milieu dépourvu de renforcement passif. De plus, pour une telle armature, une chute pratiquement immédiate de la résistance de liaison intervient après le seuil d’adhérence parfaite (point A de la courbe présentée sur la Figure I-29-b).

A partir de résultats expérimentaux, Eligehausen [119] a constaté que la résistance de la liaison due aux renforcements passifs latéraux est augmentée d’environ 33% par rapport à la résistance de la liaison d’une armature qui n’est pas confinée ou qui ne l’est que partiellement.

En résumé, étant donné que le confinement par renforcement passif s’oppose à l’évolution des fissures longitudinales, il se montre efficace dans la première phase de dégradation de la liaison mais ne démontre que peu (ou pas) d’influence lors la naissance des fissures cylindriques (seconde phase de dégradation).

I.2.2.6 Sens de coulage et fissuration au jeune âge

D’autres paramètres comme la direction du coulage du béton ont été traités par différents auteurs.

L’étude de Tixier [107] traite l’influence de la direction du coulage du béton. Ce travail a pu démontrer que la rigidité de la liaison d’une armature perpendiculaire à l’orientation du coulage est plus grande que celle d’une armature parallèle au sens du coulage. Soylev [143] a étudié le problème du sens de coulage par rapport au sens de l’armature. Il attribue les précédentes propriétés au phénomène de ressuage et de tassement du béton frais qui peuvent générer jusqu’à 1 mm de vide sous l’armature. Il constate une diminution de

I.3 Modèles tenant compte du comportement du béton armé corrodé