Structure du mémoire

Ce mémoire présente en premier lieu une analyse bibliographique (Chapitre 2: Bibliographie) comprenant certains résultats et conclusions clés permettant la compréhension du phénomène de cisaillement dans les dalles épaisses équipées ou non d’épingles et pouvant notamment subir des efforts axiaux supplémentaires de traction ou de compression. Il met en revue les divers paramètres influençant le comportement de ces structures sollicitées en cisaillement.

Afin d’évaluer la validité de l’état de l’art actuel, une campagne expérimentale a été menée au niveau du hall Eiffel du laboratoire GEOMASen accord avec EDF sur des dalles épaisses en sollicitation quasi-statique par effort tranchant. Ainsi, une trentaine de dalles dont certains paramètres, reconnus pour leur influence sur la résistance au cisaillement, ont été variés (taux d’armatures longitudinales et transversales, taux d’épingles, taille des granulats, application d’effort axial etc…), ont été testées. Le protocole expérimental est présenté dans le Chapitre 3: La campagne expérimentale, expliquant le mode opératoire de ces essais, les caractéristiques mécaniques des matériaux béton et acier constituant les différents spécimens, et les spécifications de chaque dalle.

Les résultats sont ensuite regroupés, comparés et analysés dans le Chapitre 4: Résultats expérimentaux. En effet, la charge de résistance maximale a été relevée, tout comme les déplacements au niveau de points stratégiques de la dalle afin de tracer les courbes charges-flèches de chaque spécimen. Les déformations des armatures ont également été récoltées permettant ainsi l’établissement de l’analyse locale. La comparaison des dalles s’est basée non seulement sur ces résultats mais également sur les différents profils de fissuration de chaque spécimen, dont certains ont été sciés. Dans ce chapitre, les résultats d’essais ont permis d’évaluer la validité des calculs analytiques basés sur les divers codes de dimensionnement de la littérature y compris l’ACI, l’EC2 et son annexe française, le fib Model Code 2010 et l’AASHTO LRFD qui ont été abordés dans le cadre de cette étude.

Dans le Chapitre 5: Bibliographie de la modélisation numérique, un résumé sur l’état de l’art actuel des simulations numériques du béton à travers différentes approches continues ( modèles de rupture élastique, fissure fictive, fissuration continue etc…) ou discontinues (modèles de fissuration par bande, modèles d’endommagement, couplage de la plasticité et de l’endommagement etc…). Une attention particulière est portée au modèle Concrete Damage Plasticity et les raisons de son adéquation avec l’étude des dalles épaisses avec et sans épingles.

Les paramètres qui le définissent ( critère de plasticité, règle d’écoulement) et son application dans le logiciel ABAQUS Implicit et Explicit.

A l’aide du logiciel ABAQUS Explicit, un calcul numérique aux éléments finis basé sur le modèle Concrete Damage Plasticity est présenté dans le Chapitre 6: Résultats numériques. Les différents paramètres de discrétisation sont également détaillés y compris les types d’éléments de maillage utilisés, l’énergie de fissuration 𝐺_𝑓, l’angle de dilatation 𝜓 etc…

9 dalles ont été modélisées et comparées aux résultats expérimentaux, et analytiques issus du Chapitre 4:. La modélisation offre l’avantage d’observer l’évolution de l’endommagement et comparer non seulement les courbes charges-flèches mais également l’endommagement numérique aux profils de fissuration des dalles réelles.

Le Chapitre 7: Conclusions et perspectives, résume les résultats obtenus et les principales conclusions à retirer de cette étude. Par conséquent, des perspectives de recherche et d’approfondissement sont suggérées également dans ce chapitre final.

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Chapitre 2: Bibliographie

Dans ce chapitre, un état de l’art des connaissances actuelles concernant le cisaillement des dalles et poutres est présenté en mettant l’accent sur les paramètres étudiés lors des tests réalisés sur dalles épaisses.

2.1 Historique

Il est nécessaire de réaliser un bref historique des avancées scientifiques concernant les structures soumises au cisaillement afin de comprendre la nécessité de maîtriser le comportement de ces éléments sous sollicitation d’effort tranchant ainsi que les différents points de vue sur les mécanismes en œuvre.

L’étude du cisaillement a débuté depuis la fin du 19ème siècle avec les travaux de Ritter et Mörsch sur l’analogie de comportement entre des treillis métalliques et des structures en béton armés soumis tous deux à des sollicitations d’effort tranchant (Fédération Internationale du Béton (fib 2010)).

Au début du 20^ème siècle, Talbot (Arthur N. Talbot 1909) a établi certains paramètres influençant le cisaillement à savoir : la résistance du béton, le rapport de la distance entre l’appui et la hauteur utile et le taux d’armatures longitudinales.

Par la suite plusieurs campagnes d’essais ont été menées pour établir des formules empiriques permettant le dimensionnement des poutres au cisaillement (Mylrea 1934), (Moretto 1945). Avec la multiplication des données expérimentales, (Clark 1951) a pu déterminer la première formule empirique de dimensionnement au cisaillement jugée suffisamment pertinente pour des poutres avec et sans armatures d’effort tranchant.

Durant les années 50, l’ACI ne préconisait l’utilisation d’épingles que lorsque la contrainte causée par les charges d’exploitation dépassait 0.03f_c′ (Figure 2-2).

Les ruptures de poutres larges dans les entrepôts d’Air-force ont montré que ces méthodes de calcul étaient hasardeuses, et cela a amené les révisions proposées par l’ACI-ASCE Committee 326 qui forment la base du code ACI pour le calcul en cisaillement. Ces changements avaient pour but de prendre en compte non seulement la résistance du béton mais également le moment

coexistant ^M

ρVd. Ce paramètre a été pris en compte parce qu’il était admis que la contrainte de rupture v devrait baisser lorsque la contrainte longitudinale de l’acier f_s augmente. Cette dernière correspond approximativement à ^M

ρ_Vdv.

Dans les 25 années après 1960 un travail considérable a été conduit sur les mécanismes par lesquels les poutres en B.A fissurées transmettent le cisaillement. Fenwick et Paulay (Collins et al. 1996) ont montré que le moment fléchissant des aciers peut changer soit en raison de la traction qui varie le long des aciers longitudinaux : il s’agit de l’action poutre, soit par l’effet du bras de levier interne. Le mécanisme issu de ce bras de levier est dénommé par ailleurs, l’action d’arche (Figure 2-1). Il se résume à un transfert de charge vers la zone d’appui. Il a été démontré qu’en raison de l’incompatibilité géométrique des 2 mécanismes, l’action poutre étant typiquement plus rigide que l’action d’arche, à peu près tout le cisaillement serait porté par l’action poutre jusqu’à l’échec du mécanisme. Après la rupture du mécanisme de poutre, les contraintes sont redistribuées, le mécanisme d’arche restant peut porter des contraintes de cisaillement encore plus élevés.

Figure 2-1 Schéma action poutre et action d'arche