Considérations relatives au comportement à la fissuration et à la rupture de béton renforcé de fibres

Résumé Dans ce travail, les quteurs proposent un modèle mathématique de la résistance à la fissuration du béton renforcé de fibres métalliques. Ce composite est, entre autres, caractérisé par un coefficient d'efficacité des fibres dont une nouvelle définition est présentée. Les résultats de quatre séries d'essais sur poutres réalisées au LHCH sont comparés à ceux déduits de la formule de la résistance à la fissuration. Se fondant sur les résultats d'un grand nombre d'essais sur poutres, les auteurs présentent ensuite un modèle de résistance à la rupture dont une approche analytique est exposée en annexe. Les données de ces considérations sur le béton renforcé sont comparées à celles connues sur le béton armé. Enfin, des résultats prometteurs d'une solution mixte, béton renforcé d'armatures continues et de fibres, sont commentés.

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Summary In this work the authors propose a mathematical model of cracking resistance of concrete reinforced with metal fibres. This composite is moreover characterized by a coefficient of fibre efficiency of which a new definition is given. The results of four series of tests on beams carried out at LHCH are compared with those drawn from the cracking resistance formula. Basing their conclusions on the results of a large number of beam tests, the authors then present a model for ultimate load. The analytical approach for this is stated in the appendix. The data of these aspects of fibre-reinforced concrete are compared with those known for reinforced concrete. Finally, comments are given on the promising results of a solution with a material containing both continuous reinforcement and fibres.

     

Experimental and theoretical investigation of the shear resistance of steel fibre reinforced prestressed concrete X-beams—Part I: Experimental work

This is the first part of two papers on the experimental (Part I) and theoretical (Part II) resistance of steel fibre reinforced precast concrete beams. Short steel fibres have been introduced into prestressed concrete X beams in order to study their behaviour under shear loads. The X beams, which have circular web profiles, were chosen to represent longitudinal sections from 215 mm deep prestressed precast hollow cored floor units, which are known to fail in shear in a brittle manner. No shear links were used. Round hooked end high strength steel (HS), and thin amorphous metal (AM) fibres were used in volume fractions up to 2.0%. The maximum flexural strength of fibre reinforced concrete (FRC) was 10.28 N/mm², some 50% greater than plain concrete. In the plain concrete beams the ratio η of the ultimate shear resistance to the cracking resistance was 1.0, as expected. For the fibre beams η=1.43 to 1.52 for the HS fibres and η-1.23 for the AM fibres. Theoretical and empirical equations were developed using modified FRC principal tensile stress methods to predict ultimate shear strength and are given in Part II.

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Résumé Il s'agit de la première partie d'un article sur la résistance des poutres en béton préfabriqué renforcé de fibres d'acier, présentant les expériences (partie I) et la théorie (partie II). De courtes fibres d'acier ont été utilisées dans des poutres X précontraintes pour étudier leur comportement sous l'action de forces de cisaillement. Les poutres X, qui ont des ames de profil circulaire, ont été choisies pour représenter des sections longitudinales des dalles alvéolées précontraintes de 215 mm d'épaisseur, qui sont connues pour leur mode de rupture casant sous l'action des efforts tranchants. L'armature de cisaillement n'a pas été utilisée. Des crochets ronds en acier à haute adhérence et de minces fibres métalliques amonrphes ont été utilisés jusqu'à des fractions de 2% du volume. La résistance à la tension maximale sous l'effet de flexion du béton de fibres d'acier était de 10,28 N/mm², soit 50% de plus que pour le béton normal. Pour les poutres en béton normal, le rapport η entre la résistance ultime au cisaillement et la résistance à la fissuration était de 1,0, comme prévu. Pour les poutres en fibres d'acier ce rapport était entre 1,43 et 1,52 pour l'acier à haute adhérence et 1,23 pour les fibres métalliques amorphes. Des équatins théoriques et empiriques ont été développées à l'aide de méthodes de contrainte de tension principlale du béton de fibres d'acier modifiées pour la prédiction de la résistance ultime au cisaillement; celles-ci sont données dans la deuxième partie.

     

Experimental and theoretical investigation of the shear resistance of steel fibre reinforced prestressed concrete X-beams—Part II: Theoretical analysis and comparison with experiments

This is the second part of two papers on the experimental (Part I) and theoretical (Part II) resistance of steel fibre reinforced precast concrete beams. High strength steel wire, and thin amorphous metal fibres have been introduced into prestressed concrete X beams in order to study their behaviour under shear loads. Experimental tests have determined shear strengths at the ultimate and cracking loads, and shown increased ductility with up to 2% fibre content. From these tests two different methods are proposed for predicting the ultimate shear capacity—these are the fibre supplement additive method, and the modified FRC principal tensile stress method. The principal tensile strength of the fibre reinforced concrete is given as a function of compressive strength and fibre volume. The means value of the ratio of the calculated to the test strength is 0.89 without partial safety factors, and, being conservative, is proposed for use in design. A calculation model is presented.

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Résumé Cette partie est la deuxième de deux articles sur les expériences (part I) et la théorie (partie II) sur la résistance des poutres en béton préfabriqué renforcé de fibres d'acier. Des aciers à haute adhérence et de minces fibres métalliques amorphes ont été introduits dans des poutres X en béton précontraint pour étudier leur comportement sous l'action des efforts tranchants. Des essais expérimentaux ont déterminé la résistance ultime au cisaillement et les charges de fissuration, et ont montré une hausse de la ductilité avec un volume allant jusqu'à 2% de fibres. Sur la base de ces essais, deux méthodes différentes sont proposées pour la prédiction de la résistance ultime au cisaillement—la méthode des fibres supplémentaires additionnelles et la méthode de la contrainte de tension principale du béton de fibres d'acier. La résistance principale en tension du béton renforcé de fibres est donnée comme fonction de la résistance à la compression et du volume de fibres. La valeur moyenne du rapport entre la résistance calculée et celle donnée par les essais est de 0,89 sans facteur de majoration, et, étant conservatrice, elle est proposée comme méthode de calcul. Le modèle de calcul est présenté.

     

La technologie des bétons à très haute résistance en Amérique du Nord

C'est vers le début des années 1960 que certains producteurs de béton prêt à l'emploi de la région de Chicago commencent à développer des bétons commerciaux à très haute résistance. La résistance en compression de ce nouveau type de béton augmente petit à petit au fil des ans, si bien qu'il est possible à l'heure actuelle de commander à Chicago un béton prêt à l'emploi dont la résistance en compression garantie à 91 d est de 100 MPa. L'intérêt technologique et économique de tels bétons ne fait plus aucun doute aux yeux des concepteurs américains et le mouvement amorcé dans la région de Chicago se répand rapidement à travers les Etats-Unis et le Canada. Pourquoi et comment fabriquer des bétons à très haute résistance? S'il est assez facile de trouver des réponses à la première question, il faut bien avouer que les recherches effectuées jusqu'à présent dans le domaine de la fabrication des bétons à très haute résistance l'ont été de façon très empirique, si bien qu'il n'existe pas encore de recette miracle pouvant garantir à n'importe quel producteur de béton la possibilité de liverer un béton de chantier de 100 MPa. Il existe cependant un certain nombre de lignes directrices qu'il y a lieu de suivre et un certain nombre d'erreurs qu'il est préférable d'éviter. Quelles sont les propriétés mécaniques des bétons à très haute résistance? Quelles sont les recherches qu'il y aurait lieu de développer pour mieux connaître ce nouveau matériau? A quel niveau s'arrêtera cette ascension de la résistance en compression du béton prêt à l'emploi? Voilà un certain nombre de questions qui seront abordées dans le cadre de cette présentation sur les bétons à très haute résistance.     

Behavior of fiber reinforced concrete-filled tubular columns in compression

Experimental compression tests on steel tubular columns filled with plain concrete and fiber reinforced concrete are carried out. For each type of column three different lengths are considered in order to point out the influence of slenderness on the ductility in compression. The experimental investigations presented here have emphasized the improvement in ductility capacity obtained when fiber reinforced concrete is utilised instead of plain concrete. Moreover, the results obtained stress that the lateral displacements due to global instability are drastically reduced.

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Résumé Des essais expérimentaux de compression ont été réalisés sur des colonnes constituées de tubes circulaires en acier remplis de béton simple ou renforcé par des fibres. Pour chaque typologie de colonne, on a consideré trois longueurs différentes, afin de mettre en évidence l'influence de l'élancement sur la ductilité en compression. Les recherches expérimentales présentées dans cet article ont montré l'amélioration de la capacité de ductilité obtenue quand le béton renforcé de fibres est utilisé à la place du béton simple. En outre, les résultats obtenus mettent en évidence que les déplacements latéraux consécutifs à l'instabilité globale sont considérablement réduits.

     

Strength of concrete subjected to high temperature and biaxial stress: Experiments and modelling

The mechanical behaviour of normal weight concrete subjected to high temperature and biaxial stress is not well understood. The investigation reported is twofold. The strength is studied of unsealed concrete and mortar incorporating quarzitic aggregate and bound by Portland cement and subjected to high temperature and biaxial stresses. This involves short-term tests and includes the influence of the composition. Additionally a mechanical model is developed for the failure of concrete subjected to these stresses which incorporates not only the main variable temperature, but also compositional variables which have a significant influence on the strength of concrete at high temperatures.

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Resume Le but de cette recherche était d'améliorer nos connaissances sur la résistance du béton soumis à de hautes températures ainsi qu'à des contraintes biaxiales. De nombreux essais ont été menés sur des éprouvettes non scellées de béton et de mortier à base de CPA. On a aussi étudié, outre le type de sollicitations, l'influence des paramètres de composition les plus importants. Les essais ont révélé que, dans tout le domaine des sollicitations biaxiales en compression, la composition influence directement la diminution de la résistance du béton en fonction de l'augmentation de la température. Le diamètre maximal des granulats s'avère être un facteur déterminant alors que la nature de ces derniers et le rapport eau/ciment n'ont en général que des effects secondaires. L'amplitude de ces influences diffère. Comme le montrent les essais à température normale, les valeurs de la résistance du béton sont affectées par sa composition avant la désintégration de la portlandite entre 450°C et 550°C. Afin de généraliser le comportement observé, on a modélisé la résistance du béton soumis à des contraintes biaxiales à haute température; pour ce faire, le critère de defaillance de Podgorski a été modifié afin de prendre en compte les paramètres suivants: haute température, rapports eau/ciment et granulats/ciment. Avec quelques simples essais de résistance à température normale et élevée, le modèle peut être facilement ajusté pour décrire le comportement d'un béton possédant une composition spécifique. La théorie ainsi développée est bien vérifiée par les résultats des essais.

     

Mixed-mode fracture performance of fibre reinforced concrete under impact loading

A test procedure developed to determine the mixed-mode impact resistance of fibre reinforced concrete materials is described. Results are presented from a series of experiments using a repeated drop-weight impact apparatus for the impact resistance of both polypropylene and steel fibre reinforced concrete. The behaviour of the mixed-mode specimen geometry was investigated under impact loading condition. The effect of the fibre types and contents on the impact fracture energy of the specimens was investigated. A close investigation was made of the positions and formations of the crack patterns. The fracture performance of the plain and fibre reinforced concrete was investigated with the proposed geometry using 1.0, 2.0 and 3.0% by weight in the case of steel fibre, and 0.1, 0.2 and 0.3% by weight in the case of polypropylene fibre.

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Resume Aux charges statiques auxquelles les structures en béton sont soumises s'ajoutent souvent des charges dynamiques, parfois significatives, qu'il convient de prendre en compte dans le calcul. Cet article décrit un mode opératoire visant à déterminer la résistance au choc en mode mixte de béton renforcé de fibres (FRC). On y présente les résultats d'une série d'essais utilisant une machine d'essai au choc à répétition (mouton) pour évaluer la résistance de béton renforcé de fibres d'acier et de fibres de polypropylène. On a mis au point une géométrie d'éprouvettes en mode mixte qu'on a soumises à des essais au choc, et on a étudié l'effet des types et des pourcentages de fibres sur la résistance des éprouvettes à la rupture par choc. On s'est aussi livré à une étude précise des emplacements et de la formation des fissures. On a examiné la résistance à la rupture de béton ordinaire et de béton de fibres dans la géométrie proposée avec des pourcentages de 1, 2 et 3% en poids de fibres d'acier, et de 0,1, 0,2 et 0,3% pour les fibres de polypropylène.

     

Analysis and design of FRP externally-reinforced concrete beams against debonding-type failures

Epoxy-bonding of FRP plates to the tensile face of RC beams has been shown to be an effective repair and strengthening technique. However, local failure by debonding or ripping of concrete cover has been reported in experiments to be a likely mode of failure due to high interfacial shear and normal stress concentrations. Predictive models for finding the interfacial shear stress have been reviewed and evaluated using experimental data reported in the literature. The most critical parameters governing the interfacial shear strength and stress as determined by the models were also examined. Through understanding of the conditions that result in debonding failure, a better approach towards designing FRP-plated RC beams against this mode of failure might be achieved.

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Résumé Le renforcement externe d'éléments en béton armé à l'aide de plaques synthétiques renforcées de fibres (FRP), s'est révélé être une technique efficace de réhabilitation des structures. Cependant, la rupture locale par décollement ou fissure du béton a été présentée dans des essais comme le mode de rupture le plus fréquent à cause de la forte concentration des contraintes de cisaillement et normales aux extrémités des plaques. Des modèles théoriques visant à trouver les contraintes de cisaillement ont été examinés et évalués en utilisant des données expérimentales rapportées dans la littérature. Les paramètres les plus critiques gouvernant la contrainte de cisaillement et la résistance au cisaillement de l'interface colle-béton, comme déterminé par les modèles théoriques, ont aussi été examinés. Pour comprendre les effets qui résultent de la rupture par décollement, une meilleure méthode de conception peut être réalisée afin d'éliminer ou de retarder ce mode de rupture.

     

Mechanical behaviour of thermally damaged high-strength steel fibre reinforced concrete

The incorporation of steel fibres can compensate the inherently brittle behaviour of high strength concrete. This paper studies the residual mechanical behaviour of thermally damaged high strength steel Fibre Reinforced Concrete (FRC). The type and content of fibres were included as variables, a mortar and a normal strength fibre concrete were also tested. Two exposure conditions werre selected, I hour at 500°C and 24 hours at 150°C. FRC follow similar residual compressive behaviour as the plain concrete, but the presence of fibres lead to slight increase in strength and in the stress at which cracks initiate. Flexural tests on notched beams were performed (RILEM TC 162-TDF recommendation). It was found that the shape of the load-deflection curves in FRC exposed to 150°C was similar to the undamaged concrete. The reductions in flexural strength were lower in FRC than in plain concrete, and the equivalent post-peak strength was less affected than first-crack strength, showing the effect of fibre reinforcement. For the most severe exposure condition the degradation of the material is reflected by an increased non-linearity, nevertheless some FRC still exhibited a strengthening type behaviour and kept an almost constant load capacity during the post-peak.

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Résumé L'incorporation des fibres d'acier dans le béton peut compenser le comportement fragile du béton de haute résistance. Est étudié dans ce travail le comportement mécanique résiduel du béton de haute résistance renforcé de fibre d'acier (BRF) endommagé par la température. On a considéré comme variables le type et le dosage de fibres; et on a aussi étudié un mortier et un béton de résistance normale. On a adopté deux conditions d'exposition à haute température, 1 heure à 500°C et 24 heures à 150°C. Les bétons renforcés de fibres d'acier (BRF) présentent un comportement résiduel en compression identique à celui du béton normal, mais la présence de fibres produit un léger accroissement de la résistance à la compression et de la contrainte où la formation de fissures commence. On a réalisé des essais de traction en flexion dans des éprouvettes prismatiques entaillées (recommandation de la commission technique RILEM TC 162-TDF). Les courbes charge-déformation du BRF exposé à 150°C présentent la même forme que celles du béton de référence. Par rapport au béton normal, les BRF ont une réduction inférieure de la résistance en flexion; de plus, la résistance équivalente après pic a·été moins affectée que la résistance des premières fissures, mettant en évidence l'effet de la présence des fibres. On a trouvé un accroissement de la non-linéarité dans les échantillons plus endommagés, alors que les BRF présentaient toujours un comportement de renforcement et maintenaient une capacité de charge pratiquement constante pendant l'après-pic.

     

The strengthening and deformation behaviour of reinforced concrete beams upgraded using prestressed composite plates

Externally bonded steel plates have been used world-wide for over twenty years to strengthen concrete members, but the disadvantages include the transportation and installation of heavy plates and steel corrosion. Polymeric composites avoid these disadvantages and provide an equally effective method of strengthening. The advantages of composites are exploited further by prestressing them before bonding to the concrete. This paper is concerned with the response of such prestressed members to applied load. After strengthening with externally bonded carbon fibre reinforced polymer (CFRP) plates, a number of beams of 1.0 m and 4.5 m lengths were tested in four point bending. The plates were bonded without prestress and with prestress levels ranging from 25% to 50% of the plate strength. The ultimate capacities of the non-prestressed beams were significantly higher than those of the unplated members and plate prestress brought about yet further strengthening. Prestressed plates are utilised more efficiently than non-prestressed plates, since a given plate strain is associated with a lower structural deformation in a prestressed member. The internal steel rebars yielded at a higher proportion of the ultimate capacity in the prestressed beams. Prestressing lowers the position of the neutral axis so more of the concrete section is loaded in compression, making more efficient use of the concrete.

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Résumé Le renforcement des éléments en béton par placage de plaques d’acier est pratiqué partout dans le monde depuis plus de vingt ans; cependant cette méthode présente les inconvénients du transport et de l’installation des plaques lourdes d’acier, ainsi que de la corrosion de l’acier. Des matériaux composites-polymère évitent ces inconvénients tout en fournissant une méthode aussi efficace de renforcement. Les avantages présentés par les composites peuvent être davantage améliorés par leur précontrainte avant leur placage au béton. Ce article traite de la réponse de tels éléments précontraints sous mise en change. Après renforcement par placage de plaques en polymère renforcé de fibres de carbone, des poutres ayant une longueur de 1,0 m et de 4,5 m ont été soumises à des essais de flexion-4 points. Les plaques étaient appliquées sans précontrainte et avec des niveaux de précontrainte allant de 25 à 50% de leur résistance. Les capacités ultimes des poutres non-précontraintes se sont montrées significativement plus hautes que celles des éléments non-renforcés par des plaques, et la précontrainte des plaques a apporté une résistance encore meilleure. Les plaques précontraintes sont plus efficaces que les plaques non-précontraintes, la contrainte sur une plaque donnée étant associée avec une déformation structurelle moindre dans l’élément précontraint. Dans les élément précontraints, les armatures métalliques internes ont cédé à une plus haute proportion de la capacité ultime. La précontrainte diminue la position de l’axe neutre et une plus grande partie de la section en béton est donc chargée en compression, résultant en une utilisation plus efficace du béton.

     

Experiments on concrete under repeated uniaxial impact tensile loading

The fatigue behaviour of concrete was a new aspect in the experimental program focused on the behaviour of concrete subjected to uniaxial impact tensile loading. The results obtained in repeated impact tensile loading tests (at stress rates of 2–6 N/mm². ms) indicated that the impact fatigue was associated with progressive crack propagation resulting in accumulative damage of concrete. The upper stress limits varied between 1.7 and 0.6 times the static tensile splitting strength and specimen withstood 1 to 6,055 loading cycles respectively. The influence of water-cement ratio, cement content, specimen humidity, loading/casting direction and compressive strength upon the impact fatigue tensile strength of concrete was studied. The phenomena observed are discussed with the aid of fracture mechanics concepts.

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Résumé Un aspect nouveau dans la recherche du comportement du béton soumis en traction uniaxiale à des charges de choc est le comportement à la fatigue. Ce problème de fatigue a une grande importance pour des pieux de fondation. On a obtenu 89 résultats en faisant des essais répétitifs de choc en traction où la vitesse de mise en tension variait entre 2 et 6 N/mm². ms. Les limites des contraintes ont varié entre des valeurs égales à la résistance du choc en traction uniaxiale (1,7 f_b,r) et 0,6 fois la résistance statique à la traction par fendage. Les éprouvettes ont résisté à des variations de charge de 1 à 6 055. Les résultats montrent que la fatigue au choc allait de pair avec une augmentation progressive de la fissuration provoquée par la dégradation accumulative du béton. Il a été constaté que la résistance du béton à un effort de chocs repétés en traction augmente quand la valeur du facteur eau-ciment et la teneur en ciment augmentent. L'humidité des éprouvettes n'influence pas la résistance à la traction par chocs répétés. La résistance déterminée sur des éprouvettes chargées perpendiculairement à la direction du bétonnage était plus élevée que la résistance mesurée dans un essai où la direction de chargement et du bétonnage étaient parallèles. En général un béton de qualité inférieure a une meilleure résistance aux chocs répétés. On propose des explications des phénomènes observés par les théories de la mécanique de la rupture.

     

Durabilité au gel des bétons de hautes performances mécaniques

Ce texte présente les principaux résultats d'une étude entreprise dans le but de mieux comprendre comment se comporte le béton H. P. face aux cycles de gel-dégel. Le béton H.P. est un matériau nouveau et il n'est pas encore possible d'évaluer en nature sa capacité à résister aux attaques du gel et des sels de déglaçage. A l'Université Laval, la durabilité de bétons H.P. (80–100 MPa) a été analysée en les soumettant en laboratoire à des cycles rapides de gel-dégel dans l'eau (ASTM C666) et à des cycles de gel-dégel journaliers en présence de sels de déglaçage en solution (ASTM C672). Aucune des éprouvettes fabriquées n'a été détruite par les cycles de gel-dégel et toutes ont bien résisté à l'attaque des sels déglaçants, si bien que les différentes variables que nous avons étudiées (rapport eau-liant, \(\bar L\) , cure) n'ont pas influencé la performance au gel de ces bétons. C'est l'emploi d'un ciment H.P. à grains fins avec 6% de fumée de silice et l'utilisation de rapports eau-liant relativement faibles (<0,30) qui sont à la base de la durabilité de ces bétons.     

Sur la résistance à la fissuration de dalles en béton de hautes performances armées

Résumé Dans cet article, les auteurs présentent les résultats d'une étude conduite sur la résistance en flexion transversale de dalles en béton de hautes performances armées, simplement appuyées sur leur contour. Trois types d'éléments ont été expérimentés, différant par leur pourcentage d'armature: inférieur au pourcentage minimal, normal, et supérieur au pourcentage maximal. Les mesures effectuées concernant la déformation superficielle et la flèche au centre de la plaque ont permis de tracer les graphes des lois de comportement local et global, déformation/pression transversale et flèche/pression transversale. Les domaines de comportement isotrope linéaire, anisotrope linéaire, non linéaire ainsi que les limites d'initiation de la microfissure et de formation des macrofissures ont pu être mis en évidence. L'influence du pourcentage d'armatures sur ces limites de comportement est semblable à celle observée en béton ordinaire: la résistance à la macrofissuration est affaiblie par des pourcentages d'armatures élevés. L'étude des mécanismes de couplage armature/béton, tenant compte des effets mécaniques (plaque multicouche) et physico-chimiques (retrait), a montré que les contraintes dues aux déformations différentielles de retrait étainent à l'origine de cette diminution de résistance.

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In this paper, the authors present the results of an experimental research program on the strength of High Strength Reinforced Concrete simply-supported slabs submitted to transverse flexure. Three kinds of structural elements have been considered, according to the values of the reinforcing rate: below the minimum rate, the average rate, beyond the maximum rate. Superficial strains and deflection have been measured at the center of the slabs, isotropic point where curvature and deflection reach their maximum. Plotted against the values of the transversally-applied pressure, these measures yield the curvature/pressure and deflection/pressure laws from which the linear isotropic, linear anisotropic and non-linear fields, along with the pressure values at the initiation of microcracking and at branching into macrocracks, can all be deduced. The effects of the reinforcement rate on the strength values at the different cracking stages are similar to those already observed on ordinary reinforced concrete plates, mainly a strong decrease of the macrocracking strength when the reinforcing rate is high. Such a decrease can be explained through the initial stresses due to differential shrinkage strains, as the study of the coupling effects between concrete and reinforcement has shown.

     

Assemblages collés dans les structures composites acier-béton

Résumé Dans cet article on expose les résultats d'une étude théorique et expérimentale portant sur les joints collés réalisés dans les poutres composées acier-béton avec des résines renforcées. On présente et on analyse les essais à la rupture, à l'effort normal et en flexion menés sur des modèles structurels composites réalisés avec des profilés d'acier et des dalles préfabriquées en béton unies au moyen de résines renforcées. En outre, on rend compte d'essais conduits sur des modèles structurels soumis à des cycles thermiques. Les résultats obtenus, qui sont intéressants par la remarquable concordance des valeurs des contraintes mesurées, sont favorables à l'application de cette technique. Enfin, on interprète les résultats fournis par un certain nombre d'essais expérimentaux et on les compare avec les formulations théoriques déjà proposées par d'autres auteurs.

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Summary This article reports on the results of a theoretical and experimental study of glued joints in steel-concrete composite beams using reinforced resins. The following tests are presented and analyzed: failure tests, compression and bending tests on composite structural models made of steel sections and precast concrete slabs glued with reinforced resins. The results of thermal cycling on these models are also reported. The results obtained, which are interesting because of the remarkable correlation in the value of stresses measured, underline the validity of this technique. The article concludes with an interpretation of a certain number of test results which are compared with the theoretical formulation already proposed by other authors.

     

One-dimensional water transport in covercrete—application of non-destructive methods

Summary One-dimensional water transport in cores of different concrete types with a moulded surface at one end was investigated by the simple measurement of mass changes during suction and by evaporation tests. Non-destructive methods (magnetic resonance imaging (MRI) and x-ray tomography) were applied successfully to the localization of water distribution within the concrete during such tests. Before the suction test was carried out, all samples were stored for 18 months under constant climatic conditions (35% RH, 70% RH, or 90% RH) to avoid inhomogeneous humidity distributions. They were then sealed with aluminium tape (epoxy in the MRI measurement) on all faces except the moulded surface, thus guaranteeing one-dimensional flow.

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Resume Le transport de l'eau dans le béton d'enrobage est l'un des facteurs agissant le plus sur la durabiliteé des constructions en béton, en raison des effets notables qui en résultent sur la perméabilité au gaz, l'échange gazeux et le transport d'halo?des et, par voie de conséquence, sur la corrosion de l'armature. Le transport de l'eau peut être quantifié simplement en procédant à des essais classiques d'absorption et d'évaporation. Une série d'essais de ce type ont été réalisés à l'EMPA. A cet effet, on a utilisé des carottes de petit diamètre (50 mm) et de différentes longueurs, munies à une extrémité d'une face de coffrage et provenant d'éléments de murs agés de 4 à 5 ans, et qui ont été stockées dans des conditions climatiques constantes, jusqu'à 1 année et demie avant l'essai d'absorption. Le béton pouvait donc être considéré comme totalement hydraté et la réparitition de l'humidité dans les carottes était homogène au moment du démarrage des essais d'absorption. Quatre catégories de béton, différenciées par leur rapport eau/ciment (0,5; 0,6) et la teneur en air (2% vol.; 5% vol.) ont été examinées. La teneur et la granulométrie des granulats (diam. max. des grains: 32 mm) et, par conséquent, la quote-part volumétrique et la structure ‘externe’ de la pierre de ciment étaient identiques pour toutes les catégories de béton essayées. Il est évident que les essais d'absorption et d'évaporation ne permettent de tirer que des conclusions à caractère global sur le transport de l'eau. Il n'en ressort aucune information sur la répartition géométrique de l'eau pendant les essais; pour cela, il est nécessaire d'avoir recours à des méthodes de mesures tomographiques non destructrices. Pour l'étude en cours, on a utilisé avec succès la radio-tomographie assistée par ordinateur et l'imagerie par résonance magnetique (IRM). En particulier, au moyen de l'IRM au deutérium, il a été possible, lors d'essais d'absorption, de rendre visibles des fronts ascendants; il semble donc raisonnable d'utiliser plus fréquemment cette méthode dans le cadre des recherches sur le transport de l'eau dans le béton d'enrobage. Les résultats des essais ont permis de tirer quelques conclusions plus précises sur le transport de l'eau. On a pu constater, entre autres, que le béton d'enrobage se distinguait de manière évidente, également dans ce domaine, du béton interne et que les dérives observées quant à l'absorption de l'eau, par rapport à la ‘loi de la racine carrée du temps’, ne semblaient pas être provoquées par une répartition non homogène de l'humidité mais par la structure du système poreux capillaire. La comparaison de mesures IRM au deutérium avec des essais d'absorption classiques a permis de définir un modèle de pénétration d'eau dans un système poreux partiellement rempli.

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EMPA Department Concrete/Binding Agents     

Sur les interactions macroscopiques entre armatures et béton de structure et leur influence sur la résistance à la fissuration d’éléments armés

Résumé Les mécanismes de fissuration des éléments de structures en béton armé font intervenir tous les aspects du couplage des armatures au béton de structure. Ces phénomènes de couplage peuvent conduire à des effects parfois défavorables, comme c’est en particulier le cas pour les dalles dont la résistance à la fissuration s’affaiblit lorsque le pourcentage d’armature augmente. Les auteurs ont examiné tour à tour les différents aspects macroscopiques du couplage entre le armatures et le béton de structure de plaques à pourcentage d’armature variable sollicitées sous pression. Les résultats qu’ils ont obtenus permettent de conclure que les micromécanismes de dégradation, par microfissuration locale initiés dans les zones de faiblesse localisées aux interfaces pate-granulat notamment, jouent un r?le essentiel dans la résistance à la fissuration de l’élément de structure.

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Summary The mechanisms of cracking in structural concrete involve all the aspects of the interaction between reinforcement and structural concrete. These coupling phenomena can lead to effects which are sometimes unfavorable as is particularly the case for slabs where the cracking resistance decreases when the percentage of reinforcement is increased. The authors have examined the different macroscopic aspects of the reinforcement/structural concrete coupling in plates of variable steel percentage loaded under pressure. The results obtained lead to the conclusion that the micromechanisms of degradation by local microcracking initiated in the zones of localized weaknesses at the paste-aggregate interfaces play an essential role in the cracking resistance of structural concrete.

     

Use of recycled concrete aggregate in high-strength concrete

The results of a test programme to study the use of recycled concrete aggregate (RCA) in high-strength, 50 N/mm² or greater, concrete are described. The effects of coarse RCA content on the ceiling strength, bulk engineering and durability properties of such concretes have been established. The results showed that up to 30% coarse RCA had no effect on concrete strength, but therafter there was a gradual reduction as the RCA content increased. A method of accommodating the effects of high RCA content, involving simple adjustment to water/cement ratio of the mix is given. It is shown that high-strength RCA concrete will have equivalent engineering and durability performance to concrete made with natural aggregates, for corresponding 28-day design strengths. The practical implications of the study for concrete construction are discussed.

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Résumé Sont décrits ici les résultats d’une série d’essais destinés à étudier l’utilisation de granulats provenant du recyclage d’éléments en béton (RCA) dans des bétons de haute résistance (50 MPa et plus). Les effets de la teneur en gros granulats recyclés sur la résistance des plafonds et des batiments, ainsi que les propriétés de tels bétons ont été établis. Les résultats ont montré qu’une teneur allant jusqu’à 30% en gros granulats recyclés n’a pas d’effet sur la résistance du béton, mais qu’au dessus de 30%, la résistance diminue progressivement à mesure que la teneur en gros granulats recyclés augmente. Une méthode visant à accommoder les effets dus à une forte proportion de RCA, nécessitant un simple ajustement du rapport eau/ciment dans le mélange, est proposée. Il est prouvé que le béton RCA de haute résistance aura des qualités de résistance et de durabilité équivalentes à celles de bétons constitués de granulats naturels, pour les résistances mécaniques à 28 jours prévues. Les implications pratiques de l’étude sur la réalisation d’ouvrages en béton sont présentées.

     

Mechanical behavior of cracked beams strengthened with composites: application of a full-field measurement method

The mechanical behavior of pre-cracked Steel-Reinforced Concrete beams strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymer laminates bonded on the bottom surface is addressed. The displacement fields over the lateral face of beams loaded under four-point bending are measured with the grid method. The analysis of the results in the constant moment span is achieved at two different scales: local and global. At the global scale, the parameters of a classical beam of Bernoulli (curvature and neutral axis) are identified. It is proved that they can characterize the structural behavior both before and after repair. At the local scale, the cracks are localized and their width is measured. It shows that the stress distribution is modified between tensile cracks due to the bridging effect by the composite laminate, leading to the creation of new smaller cracks. The investigation of the bridging effect by the composite laminate is of major interest for the characterization of a possible enhancement of pre-cracked RC beam serviceability. It has already been addressed in the literature but some confusion still remained. The present experimental study clearly shows that it is mostly located in the cover concrete and that the composite slightly modifies the beam mechanical behavior.

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Résumé Les auteurs proposent une étude du comportement mécanique de poutres en béton armé préfissurées puis renforcées par matériaux composites, collés sur la face tendue. Les champs de déplacement sont mesurés avec la méthode de grille sur la surface latérale des poutres chargées en flexion quatre points. L'analyse des résultats dans la zone de moment constant est réalisée à deux échelles différentes: locale et globale. A l'échelle globale, les paramètres du modèle de Bernoulli pour la flexion des poutres (courbure et axe neutre) sont identifiés. Ils sont caractéristiques du comportement global de la structure avant et après réparation. A l'échelle locale, les fissures sont localisées et leur ouverture est mesurée. On montre alors que la répartition des contraintes est modifiée après la réparation. Le pontage des fissures par le matériau composite conduit à la création de nouvelles fissures, plus fines. L'examen de ce phénomène permet de quantifier l'efficacité de la réparation sous des chargements de service. La présente étude va plus loin que les résultats disponibles dans la littérature en montrant bien que le pontage de fissure est localisé au niveau du béton d'enrobage et que le matériau composite ne modifie que légèrement le comportement global de poutre.

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Editorial note P. Hamelin is a RILEM Senior Member.     

Mechanical behavior of RC beams reinforced by externally bonded CFRP sheets

It is technologically possible to strengthen steel reinforced concrete structures by bonding externally carbon epoxy sheets. Few results exist on the mechanical behavior of strengthened structures subjected to service loads. Consequently, large safety factors are taken into account, most of all concerning the limitation of steel stresses. In order to provide a more accurate characterization of their serviceability, beams are investigated by utilizing a full-field optical measurement technique. The results lead to an original analysis of cracks growth and opening in unstrengthened and strengthened beams.

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Résumé Il est technologiquement possible de renforcer des ouvrages en béton armé présentant des comportements pethologiques préoccupants en stratifiant les faces extérieures de l'ouvrage avec des matériaux composites carbone-époxy. Le manque de connaissance sur le comportement en service des ouvrages renforcés nécessite la prise en compte d'importants coefficients de sécurité notamment sur la contrainte admissible des aciers. Dans l'objectif d'étudier le comportement de poutres renforcées et sollicitées sous charge de service. l'application d'une technique d'extensométrie optique au cas du béton armé est réalisée. Dans cette étude, l'état de fissuration de poutres renforcées ou non renforcées est particulièrement étudié.

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Editorial Note Prof. Patrice Hamelin is a RILEM Senior Member.     

Strengthening of RC wall-like columns with FRP under sustained loading

In recent years, increasing research efforts have been geared towards studying the repair and strengthening of concrete structures using fibre reinforced polymer (FRP) composites. Numerous studies have shown that structural members such as circular columns can experience a significant increase in strength and ductility due to passive confinement provided by the composite wraps. In rectangular columns, however, limited strength increases have been achieved due to the nonuniform distribution of confining stress around the column. Despite the large number of studies on FRP-confined concrete columns, studies on the strengthening of RC wall-like (i.e. high aspect ratio) columns have been limited. Furthermore, most studies did not consider the effect of sustained loading on the column during repair/strengthening. This paper reports the results of an experimental investigation where various schemes have been used to strengthen wall-like RC columns with and without sustained loading. The effects of sustained loading on the strengthening efficiency as well as the lateral strain distribution in the composite wrap have also been investigated.

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Résumé De nombreux travaux ont été développés ces dernières années dans le but de renforcer et réparer les structures en béton armé utilisant des feuilles de polymère renforcées de fibres de carbone ou de verre (FRP). Plusieurs études ont montré que les colonnes circulaires ont subi une augmentation appréciable de la capacité ultime et la ductilité en raison du confinement passif engendré par les feuilles composites. Cependant, dans les colonnes rectangulaires, l'augmentation de la capacité ultime des membres a été limitée à cause de la distribution non uniforme de la contrainte du confinement autour de la colonne. Malgré les nombreuses études sur les colonnes en béton armé utilisant des FRP, les essais sur les colonnes rectangulaires sont limités. En outre, la plupart des études faites n'ont pas pris en considération l'effet de la charge soutenue par la colonne pendant la réparation ou le renforcement. Cet article rapporte les résultats d'une étude expérimentale où plusieurs méthodes ont été utilisées pour renforcer des colonnes en béton armé à section rectangulaire avec et sans chargement soutenu. Les effets de la charge soutenue sur l'efficacité de renforcement ainsi que les distributions des tensions latérales dans les feuilles composites ont aussi été étudiés.