TP Dura Compte-Rendu [PDF]

Zitiervorschau

CARRIER Nicolas PINTO Julie RAGOUG Rim LEO Romain GANTOU Michaela VIGNAL Robin

M1GCI

TRAVAUX PRATIQUES

DURABILITE Réparations et renforcements appliqués au béton armé

1

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

Sommaire TP 1 : Scellement d’armatures ............................................................................................................... 4 1.

Partie I : profondeur suffisante pour ancrer une armature HA8 : .............................................. 4 1.1.

Rupture du scellement : (Mode de ruptures 1 et 2) ........................................................... 5

1.2.

Rupture du cône de béton : (Mode de rupture 3) .............................................................. 6

1.3.

Rupture de la barre d’acier :................................................................................................ 6

1.4.

Vérifications : ....................................................................................................................... 6

2.

Partie II : Réalisation des scellements: ........................................................................................ 7

3.

Partie III : Essais d’arrachement : ................................................................................................ 8

TP 2 : Petites Réparations..................................................................................................................... 10 1.

Réparation Béton frais sur Béton ancien : ................................................................................ 10

2.

Réparation d’épaufrure avec armature apparente : ................................................................. 13

TP 3 : Profométrie ................................................................................................................................. 16 1.

Partie I, éprouvettes .................................................................................................................. 16

2.

Partie II, scan des dallettes ........................................................................................................ 17

3.

Partie III, résultats ..................................................................................................................... 18

TP 4 : Auscultation dynamique ............................................................................................................ 19 1.

Résistance des éprouvettes cylindriques .................................................................................. 19

2.

Cas des prismes en béton armé ................................................................................................ 21 2.1.

Première poutre témoin : évaluation de la fissuration ..................................................... 21

2.2.

Deuxième poutre témoin : Contrôle de l'homogénéité d'un béton ................................. 23

TP 5 : Réparations ou renforcements structurels ................................................................................ 25 1.

2.

Partie I, Charge de rupture d’une poutre en béton armé. ........................................................ 25 1.1

Moment maximal .............................................................................................................. 25

1.2

Résistance en traction par flexion ..................................................................................... 26

1.3

Résistance en traction pure............................................................................................... 26

1.4

Résistance caractéristique en compression ...................................................................... 26

Partie II, Charge de rupture d’une poutre renforcée par un plat métallique collé ................... 27 2.1.

Caractéristiques : ............................................................................................................... 28

2.2.

Hypothèses ........................................................................................................................ 28

2.3.

Calcul de la charge ultime applicable : .............................................................................. 29

2.4.

Position de l'axe neutre : ................................................................................................... 29

2.5.

Vérifications ....................................................................................................................... 30

2.6.

Calcul du moment ultime et de l’effort à appliquer pour rupture : .................................. 30 M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

2

3.

Partie III, Renforcement d'une poutre avec plat acier collé ...................................................... 30

4.

Partie IV, Essais de résistance.................................................................................................... 31 4.1.

Poutre non armée ............................................................................................................. 31

4.2.

Poutre renforcée ............................................................................................................... 32

4.3.

Récapitulatif ...................................................................................................................... 33

3

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

TP 1 : Scellement d’armatures Objectif : L’objectif de cette manipulation est de réaliser des scellements et de calculer la profondeur d’ancrage nécessaire pour sceller convenablement une armature HA8 en fonction du produit de scellement utilisé dans des éprouvettes en béton C25/30 (f c28 = 25 Mpa, soit ft28 = 2.5 Mpa). La comparaison entre les profondeurs qu’on trouvera et celles préconisées par les fabricants des produits de scellement (profondeurs calculées théoriquement), nous permettra d’identifier la qualité de scellement.

1. Partie I : profondeur suffisante pour ancrer une armature HA8 : Approche théorique : Lors de la vérification des 3 éprouvettes, on distinguera 4 modes de rupture possibles selon la qualité de scellement : 1. 2. 3. 4.

Rupture du scellement : rupture scellement-barre Rupture du scellement : rupture scellement-trou Rupture du béton (arrachement du cône de béton) Rupture de l’armature (scellement parfait)

Les modes de rupture 1, 2, 3 signifient que la profondeur de scellement n’est pas suffisante. Par un calcul préliminaire, on déterminera les profondeurs suffisantes pour chaque mode de rupture. Diamètre de perçage et profondeur d’ancrage préconisé par le fabricant : Barre HA8 : ф = 8 mm. Trou : фtrou = фHA8 + 10 à 20 mm

18≤ фtrou≤28mm

ls = 10* фHA8 = 8 cm

4

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

1.1. Rupture du scellement : (Mode de ruptures 1 et 2) 

scellement-barre :

F= τ su *u*ls

Avec τsu : contrainte de rupture du scellement = 5Mpa: contact produit de scellement-barre. = 3 Mpa : contact produit de scellement–béton. u : périmètre de la surface de rupture : u = π*ф (ф : diamètre de la barre pour le mode 1 et celui du trou pour le mode 2). F : effort dans l’acier, F = fyd*π*(фHA8/2)² Application numérique : fyd = (500/1,15) = 435 Mpa F = 0,022 MN ls = (F/(u* τsu )) = 0,022 / (π* 0,008*5)



ls = 17,5 cm

scellement-trou :

C’est le même principe de calcul pour le mode de rupture 1, sauf qu’ici on considère le diamètre du trou et une contrainte de rupture de 3Mpa. Application numérique : ls = (F/(u* τsu )) = 0,022 / (π* 0,023*3)

ls = 10 cm

Le diamètre préconisé par le fabricant est ici choisit = 23 mm, valeur identique à celle adopté lors de la manipulation.

5

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

1.2. Rupture du cône de béton : (Mode de rupture 3)

F= π* ls² *ftj Application numérique : F = 0,022 MN

ftj = 28 Mpa 1/2

ls = (F/( π*ftj))

ls = 5,3 cm

1.3. Rupture de la barre d’acier :

C’est le mode de rupture visée, il indiquera que le scellement réalisé est parfait. La valeur théorique de l’effort de rupture est :

F=As *fe

F = 25 KN

1.4. Vérifications :



Non arrachement du cône de béton : 1/2

Ls ≥ ((As* fe )/( π*ftj)) 

Ls ≥ 5.6 cm

Résistance du scellement (scellement-barre): Ls ≥ ((As* fe )/( π *τ su * фHA8)



Ls ≥ 20 cm

Résistance du scellement (scellement-trou) : Ls ≥ ((As* fe )/( π *τ su * ф)

Ls ≥ 11 cm

Conclusion : Les profondeurs de scellement qu’on envisage sont : 5, 10 et 15 ; donc d’après le calcul théorique de vérification, on peut déjà se dire que la première éprouvette avec 5 cm de profondeur va atteindre la ruine avant que la barre elle casse et ceci avec rupture de cône du béton si le produit de scellement est bien réalisé, sinon ça sera plutôt le mode 1 ou 2. Pour les deux autres éprouvettes, en cas de bonne réalisation du produit de scellement, la profondeur préconisée pourrait être suffisante et on pourra voir la barre casser. 6

Une comparaison, entre les valeurs expérimentales des profondeurs et les valeurs préconisés par le fabriquant (ls = 8cm), on constate que cette profondeur est insuffisante comparé à celles calculées exigeant minimum 10 cm, pour un bon scellement. M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

2. Partie II : Réalisation des scellements: On réalisera 3 scellements à des longueurs 5, 10 et 15 cm, en utilisant comme produit de scellement : pâte de ciment LANKO700 Clavexpress (Cf. fiche produit, annexe1). La réalisation des scellements a été réalisée on répétant 3 fois la même manipulation en perforant les 3 profondeurs différentes en serrant l’éprouvette en béton sous la perforeuse de mèche 23 mm. Au fur et mesure on nettoie la surface et l’intérieur du trou à l’aide d’un souffleur. Ensuite, après avoir atteint la profondeur souhaitée, on purge la surface du trou et on le remplie d’eau pour humidifier le support pour une bonne accroche du produit de scellement. Après un certain temps on remplie le trou de la pâte de ciment en enfonçant la barre HA8. Ensuite, à l’aide de barre en bois on tiendra la barre tant que le produit est mou. On attendra la prise du mortier (3 semaines) pour réaliser les essais d’arrachement.

Système de retenue pour perçage

Calage des barres pendant le séchage du produit de scellement

7

Humidification du support

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

3. Partie III : Essais d’arrachement : Trois semaines après la réalisation des scellements, on a réalisé les essais d’arrachement sur chaque éprouvette : 

Eprouvette1 : Profondeur 5 cm :

Comme la photo le montre, la rupture était par arrachement du cône de béton, l’effort maximum enregistré avant la ruine est de 20,3 Mpa < 25 Mpa. Ici la profondeur de scellement n’est donc pas suffisante comme on l’avait déjà envisagé. Mais malgré ceci, la rupture n’était pas due au produit de scellement. 

Eprouvette 2 et 3 : Profondeur 10 et 15 cm

Pour ces deux éprouvettes la rupture était par ruine de l’armature : Rupture d’acier, mode 4 et donc la profondeur du scellement et le scellement étaient suffisant. Pour les deux éprouvettes l’effort de ruine était bien supérieur à l’effort de ruine théorique. Pour l’éprouvette 2, l’effort de ruine est de 33,28 Mpa et pour l’éprouvette 3, il est de 33,5 Mpa. (Cf. graphe 1, 2,3).

8

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

Conclusion : Pour réaliser des scellements d’armature parfait, il faut bien réaliser les calculs préliminaires et ne pas se fier juste à valeurs préconisées par le fabricant. Pour une bonne exploitation du produit de scellement, il faut respecter la fiche produit (temps de prise, préparation du support…) La comparaison entre les valeurs théoriques et expérimentales, nous a permis d’estimer la qualité de nos scellements.

Annexe 1

Fiche produit

Nom du produit : LANKO 700 Clavexpress Domaine d’utilisation : Scellement, assemblage, bouchage, reprise. Famille du produit : LH ; produit à base de ciment+eau. Nombre et nature des composants : mono composant : sac prédosé. DPU (20°C) : 2h15 Préparation du support : Nettoyer le support et l’humidifier Type d’application : sol.

9

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

TP 2 : Petites Réparations Objectif : réaliser des petites réparations de type épaufrure sur des éprouvettes en béton puis de tester la résistance de ces réparations grâce à un essai d’arrachement au SATEC.

1. Réparation Béton frais sur Béton ancien : 

Mode opératoire :

- On commence par boucharder notre surface (moitié de la dallette), cela nous sert à avoir une meilleure couche d’accrochage. Il faut bien appuyer sur le bouchardeur mais prendre garde à ne pas le laisser trop longtemps notamment sur les bords car cela peu casser des bouts de dallette. - Ensuite on dépoussière la dallette avec le souffleur d’air. - On va pour finir, sans humidifier, étaler une résine d’accrochage pour maximiser notre adhérence. - Mise en place coffrage. - On peut maintenant coffrer et couler notre béton (dosage 4.3.2.1) - On le vibre à l’aide de la table vibrante.

10

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

Ci-dessus notre béton a séché, on peut donc réaliser nos 2 carottages, à l’aide de la carotteuse (à gauche). Nous 2 carottages traversent la nouvelle couche de béton, un carottage est fait à un endroit où nous avons appliqué notre SIKADUR à l’interface ancien béton/nouveau béton, l’autre non.



Fiche produit :

Nom du produit : SIKADUR 30 COLLE Domaine d'utilisation : Permet de récupérer des irrégularités de support + étanchéité + rapidité de collage Famille du produit : Nombre et nature des composants : 2 composants. Résine et durcisseur Dosage des composants : 1résine/3durcisseur (en poids) DPU (à 20°C) : 1h10 Préparation du support : Nettoyer support par sablage mécanique. Ne pas mettre d'eau. Type d'application : Reprise de bétonnage. 

Commentaire :

Le SIKADUR est un produit assez facile à mettre en œuvre, il nous permet un meilleur contact ancien béton/nouveau béton.

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

11



Efforts obtenus

Pour la pastille non préparée : 320 daN Pour la pastille préparée : 450 daN



Localisation de la rupture :

Non préparé : rupture entre l’ancien béton et le nouveau béton Préparé : rupture entre le nouveau béton et la résine de la pastille

12

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

2. Réparation d’épaufrure avec armature apparente : 

Mode opératoire :

- On purge la surface du béton avec un marteau et un burin, cela nous permet aussi de

dégager l’armature. - On purge et nettoie la surface du béton à traiter avec le souffleur d’air. - Grâce à une brosse métallique on brosse les armatures pour enlever la rouille. - A l’aide d’un pinceau on applique sur l’acier une couche rouge de ? pour les passiver. - On va ensuite humidifier la surface à réparer en la saturant d’eau pendant plusieurs minutes. - On peut maintenant appliquer le produit de réparation Lunko 731.

13

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD



Produits utilisés :

Fiche Produit : Lanko 731 Type d’usage : Réparer, Restructurer, Renforcer. Famille du produit : L.H.M Liants hydrauliques modifiés Nombre et nature des composants : DPU : 45min à 20°C Préparation du support : Sain, Saturer en eau, cohésif, résistant, débarrassé de toutes les parties non adhérentes. Type d’application : Thixotrope → Bon pour plafond, sol et mur.



Commentaire :

Encore une fois la mise en place est assez facile, il faut seulement bien respecter les étapes, ne pas oublier de saturer en eau, et passiver correctement les aciers. La purge de béton peut s’avérer délicate, il ne faut pas vouloir aller trop vite et être assez délicat pour ne pas trop abimer la dallette car on risque de la casser.



Efforts obtenus :

Les valeurs sont trop basses on ne peut pas les mesurer. (Traction)

14

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD



Localisation de la rupture :

La rupture s’effectue au niveau du béton, vers une extrémité : Notre objectif est donc réussit car la réparation de l’épaufrure.

15

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

TP 3 : Profométrie

Objectif Retracer le plan de ferraillage d’une dallette en béton armée dans laquelle des armatures de différent diamètres ont été glissées. Ce plan sera vérifié par destruction de l’éprouvette en dernière séance. Ce TP a aussi pour but de nous familiariser avec l’appareil « PROMETRE 4 »

1. Partie I, éprouvettes Mise à notre disposition des éprouvettes numérotées de 1 à 7 dont il nous est proposé de retrouver le diamètre des barres se trouvant à l’intérieur. On utilise une partie de la machine qu’il faut placer de manière parallèle et au dessus de la barre dont on veut déterminer le diamètre. Nous déterminons plusieurs fois chaque diamètre d’éprouvette pour augmenter la précision des mesures (réalisation de moyenne). Les différents diamètres de barres commercialisées sont du φ 6,8,10 ,12,14,16,20,25,32,40. Eprouvette

Diamètre déterminé (mm)

Résultat final (mm)

1

13,9 13,7 13,8

13,8 retenu φ14 (épr. 1)

2

9,2 9,4

9,3 retenu φ10 (épr. 2)

3

Non disponible au laboratoire

4

37,4 37,9 37,8

34,7 retenu φ32 (épr. 4)

5

21,6 21,9 21,8

21,8 retenu φ20 (épr. 5)

6

Le placement de la barre dans l’éprouvette ne permet pas à la machine de fonctionner (impossible de se placer sur l’axe de la barre).

7

34,0 34,1 34,5

34,2 retenu φ32 (épr. 7)

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

16

2. Partie II, scan des dallettes Nous scannons maintenant une dallette avec des barres à l’intérieur (nombre de barre à déterminer). L’appareil utilisé mesure une onde qui est renvoyée par les barres métalliques de notre éprouvette. A mesure que l’on se rapproche de la barre le temps de retour de l’onde se raccourci donc. Au moment ou l’on dépasse la barre l’appareil se met à sonner, car il détermine que le temps de retour de l’onde grandit à nouveau : cela permet de tracer un point sur notre dalle.

D’où l’importance d’essayer de franchir les barre perpendiculairement. Les mesures sont évidemment précises mais peuvent varier de quelques millimètres du fait de l’implantation des barres. Pour ce qui est de la profondeur elle reste relative étant donné que les barres peuvent se chevaucher et fausser les mesures. L’appareil nous fournit aussi une profondeur, qui va nous permettre de relier les différents points de même profondeur (ou petites variations pour les barres non horizontales) et ainsi déterminer notre plan de ferraillage. Nous retrouvons 6 barres à différentes profondeurs. Grace au « PROMETRE 4 », nous réalisons le plan de ferraillage suivant (voir plan signé en annexe) :

17

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

Listing des barres HA 8 éventuellement présentes dans la dallette :

En bleu nos barres, orange la profondeur de celle-ci.

3. Partie III, résultats Après destruction de l’éprouvette il se trouve que 5 de nos barres sont bien placées mais que nous en avions déterminé une de trop (car parallèles). (voir commentaire du professeur sur la feuille d’évaluation) La précision des mesures reste correcte mais ne permet pas d’être sure des résultats obtenu (mesure de diamètre autour de 34 mm pour des barres de 32, la variation est de deux millimètre soit près de 6% d’erreur): l’essai destructif ou le Ferroscan serait préférable pour une utilisation plus pointue.

18

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

TP 4 : Auscultation dynamique Objectif : Apprendre à évaluer la qualité d'un béton par une auscultation externe, non altérante et utilisable in situ dans le but de déterminer la fissuration d'un béton, son homogénéité ainsi que sa résistance.

Pour ce faire, on appliqua une méthode, qui s'avère être la plus courante dans la pratique, consistant à mesurer le temps de propagation t d'une onde ultrasonique à travers le béton entre un émetteur et un récepteur grâce à une machine appelée “PROMETRE 4” illustrée cidessous:

Illustration 1: Profomètre 4 mesurant le temps de propagation de l'onde ultrasonique

1. Résistance des éprouvettes cylindriques Dans un premier temps nous avons effectué l'auscultation dynamique de 5 éprouvettes cyldrinques (A,B,C,D,E) dans le but de déterminer leurs vitesses de propagation. 19

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

Après avoir branché l'appareil, un étalonnage avec un cylindre en acier était était nécessaire avant chaque auscultation, de la façon suivante:

L'ensemble des mesures effectuées en laboratoire ont donné les résultats suivants,

Eprouvettes A B C D E

temps de propagation (ms) Hauteur (cm) Vitesse (m/s) 119,3 29,3 2.46 103,4 30,5 2.95 84 30,3 3.61 69,6 30,15 4.33 69,2 30,3 4.38

Où la vitesse de propagation pour chaque éprouvette fût calculée grâce à la formule suivante: V=h/t

Les cylindres ont donc été classés du meilleur au moins bon, comme suit:

E (bon) > D (bon) > C (moyen) > B (mauvais) > A (mauvais)

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

20

2. Cas des prismes en béton armé Dans ce cas précis, la méthode consistait plus particulièrement à placer l'émetteur et le récepteur sur la même face de béton à ausculter comme suit:

Nous avons donc dû fixer l'émetteur sur la première borne en 0 et déplacer successivement le récepteur à des distances x1, x2, ... tout en récupérant les résultats mesurés sur le PROMETRE 4 en ms.

Nous devions effectuer l'auscultation dynamique sur deux prismes pour constater de probables anomalies à savoir:  tester la méthode de localisation et d'estimation de la profondeur des fissures sur la première poutre témoin;  évaluer l'homogénéité du béton sur la deuxième poutre témoin et en déterminer l'épaisseur de la couche de béton altérée. 2.1. Première poutre témoin : évaluation de la fissuration

Afin de déterminer la présence et la position d'une fissure au sein de la poutre, nous devions tracer la courbe t(x) du temps de propagation en fonction de la distance entre l'émetteur en 0 et le récepteur en chaque point. Une discontinuité dans la courbe serait donc la preuve de la présence d'une fissure dans la profondeur était à déterminer.

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

21

Dans notre cas l'application de la méthode nous donne les résultats et la courbe suivante :

Bloc de béton fissuré 200

Distance (mm)

Temps (µs)

180

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700

6,2 20,9 33,1 45,5 57,4 70,6 87,6 167,5 170,3 157,8 164,7 172,7 181,2 189,8

160 140 Temps (µs)

120 100 Colonne G

80 60 40 20 0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

D istance (mm)

La discontinuité est donc visible entre les distances de 350 mm et 400 mm correspondant respectivement aux temps de propagation t1 = 87,6 µs et t2 = 167,5 µs.

On décide donc pour la valeur de xO de prendre la moyenne des deux écartements où la discontinuité à lieu; c'est-à-dire xO = 375 mm.

On en déduit donc la profondeur de la fissure en fonction de ses derniers paramètres :

Xo t2 t1 × − 2 t1 t2 = 260,45 mm

22

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

2.2. Deuxième poutre témoin : Contrôle de l'homogénéité d'un béton

Comme précédemment, une courbe fonction des résultats obtenus est nécessaire afin de déterminer l'épaisseur de béton altéré. Un défaut dans la linéarité serait synonyme d'une altération dans le béton.

Bloc de béton altéré Distance (mm) Temps (µs) vitesse (m/s) 0 50 5,3 100 27,2 150 43,5 200 59,4 250 75 Va = 0,33 300 91,3 350 107 400 123,6 450 140,2 500 155,6 550 168 600 179 Vs = 0,24 650 190 700 205,2

250

Temps (µs )

200

150

Colonne B

100

50

0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

Dis tanc e (mm)

Les valeurs des vitesses de propagation données ci-dessus sont déterminées en calculant les deux pentes de la courbe correspondant au passage du béton altéré au béton sain après avoir déterminé la distance les séparant.

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

23

Or, il est expliqué dans le polycopié du TP, que pour une poutre en béton armé dont la couche en surface est altérée, la vitesse de propagation s’élève au fur et à mesure que le récepteur s’éloigne de l’émetteur. Dans notre cas nous avons la vitesse de propagation des ondes ultrasonique qui diminue plus la distance augmente ; à savoir Va supérieur à Vs. Il nous est donc impossible de calculer la valeur de l’épaisseur du béton altéré (racine carré négative..). Deux explications peuvent être données pour répondre à ces anomalies : -

-

Soit la couche de béton altéré se trouve en sous face et nous obtiendrions donc une valeur de son épaisseur de D = 99,4 mm grâce à la formule donnée dans le polycopié du TP nécessitant les valeurs de Va, Vs et Xo (avec Xo = 500 mm la distance à laquelle la courbe change significativement de pente) ; Soit la précision lors de l’application de la méthode d’auscutlation externe n’a pas été respectée.

24

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

TP 5 : Réparations ou renforcements structurels

Partie A, Renforcement d’une poutre Objectif du TP Lors de ce TP, nous souhaitons renforcer structurellement une poutre à l’aide d’un plat collé (TP5-1). Le renforcement par collage augmente la charge de rupture d’une structure. On utilise cette méthode pour des structures mal dimensionnées, mal réalisées, ayant subit des dégradations ou dont les sollicitations ont augmenté depuis la conception. ________________________________________________________

1. Partie I, Charge de rupture d’une poutre en béton armé. On souhaite déterminer la charge de rupture en flexion simple F d’une poutre en béton non armé.

On réalise l’essai suivant :

Avec l = 200 mm et L = 400 mm (longueur totale = 830mm) Et h = 85 mm et b = 60 mm Suite à l’essai nous avons donc relevé la valeur maximale de rupture : Fu = 5,42 kN. Nous pourrons donc déterminer à partir de cette valeur la qualité du béton : résistance caractéristique en compression fck. 1.1 Moment maximal

M fl ( x)=

F x 2

Le moment est maximal pour x = l = 0,200m M max =

F 5,42 l= . 0,200 2 2

M max =0,542kN.m=542 N.m M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

25

1.2 Résistance en traction par flexion

La résistance en traction par flexion est équivalente à : f ctm , fl =

f ctm , fl =

3 M max h bh v avec v = 2 et I = 12 I

542 0.085 3 2 0.06 x 0.085 12

f ctm, fl =7.501 MPa

1.3 Résistance en traction pure

Lorsque l’on réalise un essai en traction par flexion, la résistance du béton est supérieur à la résistance en traction pure et fctm,fl/fctm = 1.67 f ctm , fl =1.67 f ctm f ctm=

f ctm , fl 1.67

f ctm=

7.501 1.67

f ctm=4.492 MPa 1.4 Résistance caractéristique en compression

Le résistance caractéristique en compression est définie par : f ck =(

(1)

f ck =( f

ck

fctm 32 ) 0.30

4.829 32 ) 0.30

=57.94 MPa

Rq 1 : La formule (1) est applicable si < C50/60. Rq 2 : Cette valeur de résistance caractéristique en compression nous semble beaucoup trop élevée. Cependant cette poutre reprend plus de 500 kg en flexion. Il est très difficile d'obtenir des bétons de cette qualité. On suppose donc que les poutres sont faites avec du béton spécial(fibres, adjuvant????). Nous n'avons pas réalisé d'essai sur une éprouvette pour mesurer cette résistance. Nous prendrons donc cette valeur de résistance en compression même si elle nous paraît très élevée. On obtient donc fck = 57.94 Mpa

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

26

2. Partie II, Charge de rupture d’une poutre renforcée par un plat métallique collé On souhaite déterminer la charge ultime en flexion Fu de la poutre que nous avons renforcée de la façon suivant : - Découpe des plats de carbone (renfort pour la flexion) et des plats métalliques perforés (renfort pour l’effort tranchant) - Dégraissage des plats au solvant - Nettoyage de la poutre (brossage) - Préparation de la colle (colle identique à celle utilisée pour les pastilles) - Application de la colle

- Mise en place des plats

- Mise en place des serres joint sur le plat carbone

27

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

2.1. Caractéristiques :

Poutre : 

h= 85 mm



b= 60 mm

Plat carbone: 

ep = 1 mm



b = 50 mm



L= 830 mm



E = 165000 Mpa

Plat métallique perforé: 

h=85 mm



L=25 m

2.2. Hypothèses

- Diagramme rectangulaire simplifié pour le béton: avec

λ = 0.8 η =1

εcλ = 0.07% εcu3 = 0.35%

 Le plat de carbone travaille en élasticité : Le comportement des plats de carbone est fragile en plasticité (rupture brutale). On a donc : σ st = E εs avec ε s=

(h− y) ε cu3 y

et y : position de l'axe neutre

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

28

 On néglige la flexion propre des plats 2.3. Calcul de la charge ultime applicable :

Diagramme des efforts

Diagramme des déformations

2.4. Position de l'axe neutre :

F AS =F bc

et F AS =σs As=E εs A s=E

(h− y) εcu3 A s y

f F bc=σ s Ab = f cd 0,8 y b=0,85 γckb 0,8 y b On obtiens donc : E

f (h− y) εcu3 A s=0,85 γckb 0,8 y b y

f E h εcu3 As− E y ε cu3 As−0,85 γckb 0,8 y² b=0 165000 x 0,085 x

3,5 3,5 57.94 x 0.001 x 0,05−165000 x y x x 0.001 x 0,05−0,85 0,8 y² x 0.06=0 1000 1000 1,5

On a donc une équation du second degré :

0.002454−0.0289y−1.576²=0 Après résolution du système au second degré on a : y = 0.0313m (position de l'axe neutre) 29

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

2.5. Vérifications

 Équilibre des forces : F AS =E

et

(h− y ) (0.085−0.0313) 3.5 εcu3 As=165000 x 0,001 x 0.050=49.54kN y 0,0313 1000

f 57.94 F bc=0,85 γckb 0,8 y b=0,85 x x 0,8 x 0.0313 x 0,060=49.33kN 1,5

FAS et Fbc sont quasiment identiques. Les valeurs sont donc correctes.  Déformation du plat de carbone : εs =

(h− y) (0.085−0.0313) 3.5 εcu3 = =0.6 % < εsmax =0.65 % Hypothèse vérifiée h 0.0313 1000

Le plat de carbonne travaille bien en élasticité.

2.6. Calcul du moment ultime et de l’effort à appliquer pour rupture :

 Equilibre des moments : M u= F AS (h−0.4y)=49.54(0.085−0.4x0.0313)=3.59 kN.m 2Mu F Donc Mu = 3.59 kN.m et M u= 2 l d’où F u= l =35.9 kN

La charge ultime que peut reprendre la poutre est: Fu= 35.9 kN ____________________________________

3. Partie III, Renforcement d'une poutre avec plat acier collé Le plat en acier perforé permet de reprend l'effort tranchant : T = Fu = 35.9 kN Nous avons choisit de mettre en place en plat perforé pour avoir une adhérence quasi parfaite. Les trous font office de rivets. La contrainte maximale de la colle est de 2MPa. On peut donc en déduire la contrainte dans la colle. 

Colle/Plat acier :

τ c=

Fu 35.9 = =1.69 MPa < 2MPa l anc h 0,25 x 0.085

Théoriquement le colle devrait tenir entre le plat acier et la poutre 

Colle/Plat carbone :

τ c=

Fu 35.9 = =3.59 MPa> 2MPa pas OK l anc b 0,2 x 0.050

Théoriquement, la colle ne devrait pas résister entre le plats de carbone et la poutre. M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

30

4. Partie IV, Essais de résistance Lors de la dernière séance nous avons testé en flexion jusqu'à la rupture la poutre renforcée ainsi que la poutre témoin non renforcée.

4.1. Poutre non armée

 Mise en place de la poutre sur le banc d'essai :

 Réalisation de l'essai :

La rupture de la poutre non armée est plutôt lente et est due à l'effort tranchant (rupture à l'appui). On obtient un effort de rupture par traction en flexion de 5.42kN.

31

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

4.2. Poutre renforcée

 Mise en place de la poutre sur le banc d'essai :

 Réalisation de l'essai :

La rupture de la poutre renforcée se produit par un décollement de la lamelle de carbone et du plat métallique. C’est une rupture violente. En effet dés que la colle est cisaillée, la poutre non armée casse brutalement en flexion.

32

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD

4.3. Récapitulatif

Type de poutre

Valeur de Fu théorique

Valeur de Fu pratique

Poutre non armée

-

5.42 kN

Poutre renforcée

35.9 kN

42.9 kN

1- La résistance caractéristique en compression du béton calculée à partir de l'essai sur la poutre non armée est très élevée et il nous paraît difficile de réaliser du béton de ce type à l'IUT. L'utilisation d'ajouts nous semble évidente. 2 - La charge théorique de notre poutre renforcée est plus élevée que celle mesurée durant l'essai (environ 20%). Le calcul théorique de la charge maximale applicable sur la poutre ne tiens pas en compte les plats métalliques collés sur les cotés de la poutre. La différence entre la valeur expérimentale et la valeur pratique des charges maximales est donc compressible. 3 – Lorsqu'une poutre est renforcée, elle casse brutalement. Le carbone a un comportement fragile et est un matériau qui travaille essentiellement en élasticité. La rupture d'une poutre non renforcée est beaucoup plus lente, on peut voir les fissures et les dégradations engendrées (comportement plastique). De plus elles sont réparables. Une poutre renforcée ne pourra donc pas être réparable et il sera difficile de distinguer si il y a des dégâts ou usures.

33

M1 GCI 2010/2011 | TP 1 à 5 Durabilité | V.EYRAUD