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31.12.05 - Structural behavior of elements combining ultra-high performance fiber reinforced concretes (UHPFRC) and reinforced concrete. Thèse EPFL, n° 3036 (2004). Dir.: Prof. E. Brühwiler.

Dr Katrin Habel identifies and validates innovative developments and applications of ultra-high performance fibre reinforced concrete to concrete structures and provides novel engineering solutions towards a sustainable maintenance of civil structures.

Structural behavior of elements combining ultra-high performance fiber reinforced concretes (UHPFRC) and reinforced concrete

Les bétons fibrés ultra-performants (BFUP) ont des résistances mécaniques élevées (fU,c > 150 MPa, fU,t > 6 MPa), un comportement ductile en traction uniaxiale ainsi qu'une très faible perméabilité qui leur permet de réduire la pénétration des substances agressives. Dans les éléments composés de béton armé ordinaire et de matériaux cimentaires avancés (MCA), les BFUP présentent un grand potentiel du point de vue de la capacité portante et de la protection des armatures des structures existantes. L'objectif de cette étude est la détermination du comportement structural des éléments composés formés de béton armé ordinaire et de BFUP soumis à la flexion. Pour cela, les connaissances des propriétés des BFUP sont élargies et des modèles sont développés pour prédire le comportement structural des éléments composés. Finalement, des recommandations sont élaborées pour leur conception.
Des essais ont été effectués pour caractériser le BFUP et pour déterminer le comportement structural de 15 poutres composées soumises à la flexion. Les essais de caractérisation de matériau permettent de déterminer le comportement au jeune âge d'un BFUP et son comportement en traction avec un essai de traction uniaxiale original. Le comportement au jeune âge et à long terme des éléments composés est étudié avec les résultats d'essais et un modèle numérique existant. La réponse structurale des éléments composés en flexion, pour laquelle la couche de BFUP est soumise à la traction, est étudiée avec un modèle analytique original, qui est une extension du modèle classique en flexion pour le béton armé.
Les résultats de l'étude montrent que l'utilisation des BFUP améliore la performance des éléments composés à l'égard de la résistance et de la rigidité. En plus, leur durabilité est prolongée grâce à leur faible perméabilité et au comportement ductile en traction des BFUP. L'incorporation des barres d'armature conduit à une augmentation supplémentaire de la résistance et de la rigidité des éléments composés et à l'allongement apparent de la phase d'écrouissage du BFUP. Par ailleurs, les éléments composés étudiés montrent un comportement monolithique en conditions de service. Le comportement des éléments composés dans le temps est surtout contrôlé par le retrait endogène des BFUP et peut conduire à la formation de quelques macrofissures distribuées avec des faibles ouvertures dans le cas où on a un système hyperstatique, des couches minces de BFUP ou des valeurs élevées du retrait endogène. Les résultats montrent que le retrait endogène ne devrait pas dépasser 1000 mm/m (à 28 jours) afin d'éviter la délamination et une formation prononcée des macrofissures distribuées.
Finalement, l'analyse du comportement structural des éléments composés de béton ordinaire et de BFUP a permis de déterminer trois configurations de base qui remplissent les fonctions de protection et de résistance.

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