Depuis plus de dix ans l’équipe GC travaille, en collaboration avec l'entreprise SiKA France, la Fédération Française du Bâtiment et l’Université de Métallurgie et de Chimie de Sofia en Bulgarie, sur le renforcement ou réparation de structures en béton armé par collage de matériaux composites, sur le développement de nouvelles méthodes de renforcement de structures en console courte, sur le comportement mécanique de structures en béton armé renforcées sous sollicitation statique et dynamique et sur le renforcement de grandes poutres (8-10 m) en béton armé précontraintes par collage de matériaux composites.

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Dans la construction des ouvrages, dans les domaines du bâtiment et des travaux publics, on utilise fréquemment des consoles courtes en béton armé ou métallique. Une console est un élément prismatique en encorbellement sur un poteau. La console est dite courte lorsque la hauteur de sa section est au moins ou égale à sa portée.

Dans le cas d’une console courte en béton armé, quatre types de rupture sont possibles:

1. Rupture par flexion-traction (FT) (Fig.2a) : Les armatures du tirant atteignent leur limite élastique conventionnelle avant que le béton n’ait atteint sa résistance à la compression dans la bielle ou dans la partie inférieure de la section d’encastrement. Dans ce cas, les fissures dues à la traction développée par la flexion s'ouvrent excessivement et la rupture finale de la console se produit par écrasement du béton à la jonction de la face inférieure de la console avec le poteau.
2. Rupture par flexion-compression (FC) (Fig.2b) : Elle se produit par écrasement du béton, à la partie inférieure de la section d'encastrement, avant que les armatures du tirant n'aient atteint leur limite élastique. Il ne faut pas confondre les ruptures par flexion-traction et par flexion-compression. Dans le cas de la rupture par flexion-compression, les fissures dues à la traction restent limitées et très peu ouvertes.
3. Rupture par fendage suivant la diagonale de la console (D) (Fig.2c) : Elle se produit par fendage du béton le long de la ligne joignant le point d'application de la charge à la jonction de la face inférieure de la console avec le poteau.

Rupture par cisaillement à l'encastrement (CE) (Fig.2d) : La rupture par cisaillement du béton à l’encastrement se caractérise par le développement d'une série de plusieurs fissures (inclinées) le long de la section d'encastrement. La rupture finale se produit par glissement de cette section.

Figure 2 : Types de rupture d’une console courte en béton armé

Après le renforcement par collage de matériaux composites, le type de rupture de consoles courtes dépend fortement de la méthode du renforcement. Cinq types de rupture sont synthétisés dans la figure 3 : rupture par fendage et décollement de la plaque, rupture par compression, rupture de la plaque composite, rupture par cisaillement et fendage et rupture par flexion et décollement de la plaque.

Le comportement mécanique de consoles courtes en béton armé renforcées par collage de matériaux composites peut être illustré par la figure 4:

Phase élastique globale (I)

Dans cette phase, le béton tendu, la plaque composite et l’acier se déforment de la même façon en fonction de la charge appliquée. Cette phase est terminée par l’apparition de fissures dans la zone du béton tendu dues à la flexion.

Propagation de fissures (II)

Lorsque la contrainte en traction sur la fibre inférieure atteint sa limite, le béton se fissure. Cependant, la valeur de la contrainte reste assez faible. Après la fissuration du béton tendu, le béton en compression, l'acier et la plaque composite continuent à se comporter élastiquement suivant l’augmentation de la charge.

Notons par ailleurs que l’augmentation de la charge entraîne l'ouverture de la fissure due à la flexion. Dans cette phase, la contribution de plaque composite en fibres de carbone à la résistance est plus importante que celle de l’acier.

Cette phase s'achève à l’apparition de fissures diagonales dues à l’effort tranchant. La plaque composite reprend donc tous les efforts.

Domaine de reprise de la force après la fissure diagonale (III).

Après le renforcement, la console courte devient plus rigide. La rupture de console est due à la fissure diagonale. La fissure diagonale s’ouvre progressivement suivant l’augmentation de la charge.

Figure 4 : Comportement mécanique de consoles courtes renforcées

Cette étude montre que la résistance ultime de la console courte peut augmenter jusqu’à 182% après le renforcement. Le comportement mécanique local et global des consoles est considérablement amélioré.

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