Développement d’un modèle de l’interface à haute température

Dans le Chapitre 1, on constate que la question de l’interface béton-acier n’est pas encore complètement traitée même à température ambiante. En fait, le comportement de l’interface dépend à la fois des propriétés de matériaux et de plusieurs facteurs structuraux comme l’enrobage, l’espace entre les barres, le confinement…. Si on étend ce problème au cas de haute température, ce sera encore plus compliqué. Notre approche est de partir des modèles fiables d’interface à température ambiante et de les adapter à la haute température. On suppose le découplage entre l’impact de la température et celui des autres facteurs structuraux parce que la compréhension du couplage de ces impacts entraînerait de grandes campagnes d’essais. Dans ce chapitre, on va tout d’abord étudier comment la température influence le comportement de l’interface au travers des résultats de la littérature. Ensuite, un modèle d’interface convenable va être sélectionné et adapté à la haute température. Finalement, une méthode d’intégration numérique du modèle développé dans ANSYS. Dans les années 70s-80s, il y a eu quelques études sur ce sujet. Bien que les résultats obtenus soient différents l’un de l’autre, ils nous permettent de comprendre les différents aspects du problème de l’interface béton-acier à chaud.

Impact de la température sur l’adhérence dans la littérature

En 1975, Kasami et al. ont testé 120 éprouvettes de pull-out avec quatre différents mélanges du béton (selon [16]). Ces mélanges se composaient du ciment portland et des granulats de rive. Les éprouvettes contenaient une barre d’armature lisse. Toutes les éprouvettes ont été testées à froid après une période de réchauffement (à 10°C/h) et une période de refroidissement (à 10°C/h). Le résultat le plus important est que l’adhérence entre le béton et l’armature lisse diminue rapidement avec l’augmentation de la température. Les investigations similaires à celles de Kasami et al. ont été réalisées par Milovanov et al. en 1954 (selon [16]) (voir la Figure 2.1). Ils ont testés des prismes (140mm x 140mm x 300mm) qui ont étés fabriqués avec du ciment Portland et des granulats de rive. Les armatures lisses et HA de diamètre 20 mm étaient mises dans les éprouvettes. La plupart des prismes ont été testés après refroidissement précédé par un réchauffement jusqu’à 100°C, 250°C, 350°C ou 450°C. Les résultats sur la Figure 2.1 montrent une grande diminution de l’adhérence pour les armatures lisses comme observée par Kasami et al. Cependant, pour l’armature HA une légère augmentation de la résistance d’adhérence est suivie par une baisse de celle-ci à partir de 300°C.

Dans le but d’évaluer l’influence de la température en présence des armatures de renforcement passif, Reichel a réalisé des essais avec des éprouvettes prismatiques 150mm x 150mm x 450mm [16]. Le diamètre de l’armature principale était de 14 mm et la longueur d’ancrage était de 300 mm. Quand aux granulats, il y avait des granulats de rive et du granit  écrasé. La résistance de l’adhérence était mesurée 24h après le refroidissement. Les résultats obtenus (voir la Figure 2.2) étaient vraiment différents de ceux de Milovanov et al. Ceci est peut-être expliqué par la présence des renforcements passifs, par l’augmentation de l’enrobage par rapport au diamètre de la barre et par le changement du type de granulat. procédures d’essais de l’adhérence. De plus, les résultats obtenus sont insuffisants et très différents l’un à l’autre. Face à ces difficultés, Diederichs et al. ont construit une méthode plus simple, plus fiable pour tester l’interface [16]. Comme les essais de l’interface à froid, les éprouvettes cylindriques ont été utilisées (voir la Figure 2.3). Trois types d’armature ont été testés : barre à haute adhérence à diamètre d = 16mm, barre lisse à diamètre d = 8mm,16mm, barre de précontrainte à diamètre d = 7,5mm. La géométrie de l’éprouvette a été déterminée en se référant aux recommandations de RILEM/CEB/FIP. Le diamètre de l’éprouvette D (D = 172mm > 10*d) favorise l’exploitation maximale de l’adhérence et permet une rupture ultime cylindrique au niveau de l’interface. Quand à la longueur d’ancrage, pour évaluer son influence sur le comportement de l’interface, trois valeurs ont été choisies : 40mm, 80mm et 110mm.