CONFINEMENT DU BETON – MODELES DE CONFINEMENT
2.4. PARAMETRES INFLUENTS SUR LE CONFINEMENT:
Plusieurs études ont révélé que les éléments en béton fortement comprimés, munis d’aciers transversaux nécessaires pour la résistance uniquement, exhibent une rupture brutale.
En effet, le béton inscrit entre deux lits successifs d’armature transversale se gonfle et se désintègre et l’armature longitudinale flambe. L’élément est ainsi dans l’incapacité de fournir une résistance additionnelle pour pouvoir supporter une charge plus grande que la charge ultime. Par contre, la présence d’une armature transversale supplémentaire, bien disposée latéralement, contribue à confiner le béton du noyau de la section. Soumise à la même charge ultime, la section dans ce cas se dérobe à l’effort par déformations inélastiques; ce n’est que le béton d’enrobage qui éclate [9]. Ceci illustre bien le comportement ductile des sections de béton confiné où le ferraillage transversal permet [3]:
- d’agir comme armature de cisaillement.
- d’augmenter la capacité de résistance et de déformation du béton confiné en compression. - d’empêcher le flambement prématuré des armatures longitudinales comprimées.
- de réduire l’effet disruptif du noyau de béton sous une action cyclique de grandes amplitudes.
Il est évident selon les figures 2.2 et 2.3 que le confinement par le ferraillage transversal n’a un effet significatif sur la courbe (σ-ε) que lorsque la contrainte latérale dans les aciers transversaux générée par l’action extérieure soit conséquente [8].
La relation contrainte déformation du béton confiné dépend de plusieurs facteurs notamment: 1 - Le rapport de l`espacement des aciers transversaux et le noyau du béton confiné, car un espacement d`armature transversale minime désignera une pression de confinement élevée. 2 - La résistance élastique de l'acier transversal, parce que celle-ci donne une limite supérieure à la pression de confinement [10].
3 - l'espacement de l'acier transversal augmente l'efficacité du confinement et contrôle la condition de non flambement comme illustré dans la figure 2.5.
Fig. 2.5: Effet de l’espacement du ferraillage transversal sur l’efficacité du confinement [8].
4 - Forme et configuration de l’armature transversale, le confinement par les cadres circulaires est plus efficace car il s'approche du cas idéal celui de la pression hydrostatique (voir la figure 2.6).
Fig. 2.6: Influence de la forme de l’armature transversale [11].
La figure 2.7 montre le gain en résistance et en déformation dans le noyau du béton confiné pour des sections relativement de mêmes taux d'armature longitudinale et transversale et d'un même espacement.
Spécimens ayant la configuration A montrent une faible amélioration dans la résistance du béton et la ductilité, cependant les spécimens ayant la configuration C présentent le plus de gain en résistance et en ductilité.
Fig. 2.7: Influence de la configuration de l`armature transversale [7]. Béton confiné par des cadres circulaires :
Iyengar et al [8], ont proposé une loi de comportement contrainte - déformation du béton confiné, en utilisant dans les essais des cadres circulaires. Ils ont obtenu une pression de confinement calculée à partir d’une tension développée par ces cadres (Voir figure 2.8).
Fig. 2.8: Béton confiné par des armatures transversales en spires [8].
La pression latérale sur le béton atteint un maximum lorsque le cadre atteint la limite d'élasticité. L'équilibre des forces agissant sur le demi-cercle du cadre, exige que :
2 fy ASP = dss fl (2.3) Où :
fl: pression latérale sur le béton. ds: diamètre du cadre.
Asp : surface de la barre du cadre. s : espacement entre les cadres.
La résistance axiale à la compression du béton confiné par un cadre est : fcc′ = fc′ + 8.2 �fy dAsp
s s � (2.4)
Béton confiné par des cadres rectangulaires :
Plusieurs chercheurs ont proposé des relations contraintes - déformations du béton confiné par des cadres rectangulaire [8]. Certaines des courbes proposées apparaissent dans la figure 2.9. Dans la courbe tri linéaire de Chan OAB approche de la courbe du béton non confiné et la forme de BC dépendait du ferraillage transversal.
Blume et al (1961) ont adopté également une courbe tri linéaire dans laquelle OA approchée de la courbe du béton non confiné à 0.85ƒ’c et ABC (parfois remplacée par une seule ligne droite) dépend de la quantité et de la limite d'élasticité de l’acier transversal.
Baker (1964) recommande une parabole d’une contrainte maximale dépendante du gradient de déformation à travers la section, puis une branche horizontale dépendante du gradient de déformation et de la quantité d’acier transversale.
Roy et Sozen (1964) ont suggéré de remplacer la branche tombante avec une ligne droite ayant une déformation au 0.5ƒ’c, qui était linéairement liée à la quantité en aciers transversaux.
La courbe de Soliman et Yu, (1967) se composait d'une parabole et deux lignes droites avec des contraintes et déformations au niveau des points critiques liés au contenu d'aciers transversaux et l'espacement et la section confinée.
Sargin et al (1971) ont proposé une équation générale qui donne une constante courbe contrainte-déformation liée à la quantité, l'espacement et la résistance élastique de l'acier transversal, le gradient de déformation, et la résistance du béton.
Fig. 2.9: Courbes contrainte- déformation de béton confiné par des cadres rectangulaires [8]
(a) Chan et blume.al, (b) Baker, (c) Roy et Sozen, (d) Soliman et Yu, (c) Sargin et al. 5 - Le rapport entre le diamètre de la barre transversale à la longueur non soutenue des barres longitudinales dans le cas des étriers ou des cadres rectangulaires effectivement, une barre transversale de faible diamètre n’est efficace qu’au droit des angles étant donné sa faible rigidité flexionnelle. Cependant l’augmentation du diamètre transversal par rapport à la longueur des barres maintenues va sans doute améliorer l’action du confinement en raison de l’importance cette fois de la rigidité flexionnelle de la barre s’opposant efficacement à l’expansion volumétrique du béton à l’intérieur du noyau. Dans le cas d'une spire circulaire cette variable n’a aucune signification, de part sa forme la spire sera mise en traction axiale et appliquera une pression radiale uniforme sur le béton.
6 - La quantité et les dimensions des barres longitudinales : Les barres longitudinales sont habituellement de grand diamètre, et le rapport du diamètre de barre à la longueur non maintenue est généralement pris de façon que les barres puissent confiner efficacement le béton. Cependant, les barres longitudinales doivent être placées étroitement contre l'acier transversal, parce que celui-ci transmet les réactions de confinement aux barres longitudinales, et si le mouvement des barres longitudinales est nécessaire pour les mettre en contact efficace avec l'acier transversal, l'efficacité de confinement sera réduite.
7 - La résistance du béton, parce que le béton de faible résistance est un peu plus ductile que le béton de haute résistance.
En dehors des aciers transversaux le béton n'est pas confiné, et l’enrobage du béton peut avoir des contraintes-déformations différentes de celle du béton du noyau. Le béton d'enrobage commence généralement à éclater lorsque la résistance du non confinement est atteinte, surtout si le contenu en acier transversal est élevé, car la présence d'un grand nombre de barres transversales crée une surface plane ou de faiblesse entre le noyau et le béton d'enrobage et précipite l’effritement [8].