Etude du renforcement des structures en béton armé après exposition au feu

Abstract

Le renforcement des structures en béton armé en utilisant diverses techniques est couramment pratiqué après des actions extrêmes tels que les tremblements de terre, les explosions, les incendies et autres catastrophes. La réhabilitation et la réparation avec des chemisages en béton armé et en matériaux composites ainsi que l’utilisation de plaques en acier sont des techniques pratiquement utilisables. Ces méthodes ont pour objectifs de récupérer et d’améliorer la résistance et la ductilité des éléments structuraux endommagés (poteaux, poutres et voiles). L’étude développée dans le contexte de cette thèse présente en premier lieu une analyse détaillée du comportement des éléments structuraux exposés au feu en considérant différentes durées d’échauffement et en deuxième lieu la fiabilité et l'efficacité de la réparation et de la réhabilitation des éléments endommagés sont investigues en considérant différents paramètres physiques et mécaniques. Cette étude présente une investigation numérique en utilisant le code SAFIR aux éléments finis, les modèles Eurocodes des matériaux sont considérés pour rester dans le cadre normatif. La première phase de l'étude concerne le comportement thermomécanique des poteaux en béton armé exposés au feu y compris la phase de refroidissement. Différentes périodes d'exposition (15, 30, 60 et 90 minutes) sont appliquées, la capacité portante résiduelle est calculée en conséquence en considérant différentes hauteurs (3, 4 et 5m) et sections (30x30, 40x40 et 60x60cm2

). Les résultats ont montré une diminution de la capacité portante avec la durée d’exposition, l’augmentation de la section transversale a pu diminué cette dégradation due à l’aspect d’isolation du béton. Une réduction de l’ordre de 29% et de 76% est calculée pour le poteau de 3m avec une section de 30x30 cm2 pour une exposition de 15min et 30 min respectivement. La technique de renforcement et de réhabilitation pour restaurer la capacité portante des poteaux endommagés par le feu consiste à utiliser des chemisages en béton armé avec différentes résistances en compression (25, 30 et 40 MPa) et des chemisages mixtes en incluant des cornières et des plaques en acier dans le volume du béton. La technique du chemisage mixte a donné des améliorations plus performantes comparée au chemisage en béton armé. Une équation simple pour prédire la capacité portante des poteaux renforcés a été proposée, montrant que l'utilisation d'un chemisage composite avec des plaques d'acier peut augmenter la capacité jusqu'à 182% après 60 min d'exposition au feu. La deuxième phase s’est consacrée à l’étude du comportement des poutres en béton armé exposées aux même scénarios de feu. L’évolution de la durée d'exposition réduit la capacité portante résiduelle des poutres étudiées. Les poutres endommagées sont renforcées et réhabilitées en utilisant un chemisage mixte et des plaques en acier pour la résistance en flexion et en cisaillement. Les techniques appliquées présentent une efficacité remarquable de l’ordre de 112% de la capacité portante initiale. Une équation analytique est proposée pour prédire la capacité portante des poutres renforcées, offrant ainsi un outil précieux pour la conception structurelle. Dans la troisième phase, l'accent est mis sur l’analyse du comportement des voiles en béton armé exposés au feu en considérant différentes épaisseurs (15, 20 et 25cm) et différentes hauteurs (3, 4 et 5m). La dégradation de la capacité portante résiduelle est strictement liée à la durée d’échauffement, elle est plus significative après 400°C. Pour une durée de 60 min une réduction de l’ordre de 50% est trouvée pour le voile de 3m de hauteur et de 20 cm d’épaisseur. La réhabilitation des voiles dégradés est effectué à l'aide de chemisage en béton auto-placent à haute résistance. Cette technique a permis de restaurer jusqu'à 130% de la capacité portante initiale des voiles.