Essais sur des poutres en béton armé

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1 Fiche d'instruction pour les laboratoires 3A, 3B et 3C Essais sur des poutres en béton armé Ce laboratoire fait appel à des notions du cours GCI-210 Résistance des matériaux. Il a été conçu par Dominique Lefebvre et Richard Gagné. 1. Introduction 1.1 Essais de traction sur des barres d acier d armature Cette première partie permettra de mesurer les caractéristiques physiques (module élastique, limite élastique, contrainte à la rupture) des barres d armature utilisées pour la fabrication des poutres en béton armé. Les mesures seront prises par l assistant de cours et vous seront transmises pour intégration dans le rapport. 1.2 Assemblage des armatures (Labo 3A) Ce laboratoire permettra d assembler les aciers d armature des poutres en béton armé. L assemblage devra respecter les dimensions présentées à la section 4. Des instructions plus détaillées vous seront transmises lors du laboratoire. 1.3 Coulée du béton (Labo 3B) Ce laboratoire permettra de couler le béton nécessaire pour terminer la fabrication des poutres en béton armé. Ce béton devrait avoir une résistance nominale de 55 MPa. Des instructions plus détaillées vous seront transmises lors du laboratoire. 1.4 Essais en flexion des poutres (Labo 3C) Ce laboratoire permettra de mesurer et d analyser le comportement en flexion des poutres. Des instructions plus détaillées vous seront transmises lors du laboratoire. 2. Objectifs Réaliser des essais de flexion jusqu'à la rupture sur une poutre en béton armé et une poutre en béton armé renforcée extérieurement avec des fibres de carbone. Comprendre le fonctionnement des appareils de mesure (cellule de charge, jauges, LVDT, etc.). Acquérir des données expérimentales à l aide d un système d acquisition informatisé. Automne

2 Traiter des données et tracer des courbes représentant le comportement jusqu à la rupture d'une poutre en béton armé et d une poutre en béton armé renforcée extérieurement par des matériaux composites. Comparer le comportement lors des essais avec celui prévu par les relations théoriques. 3. Mandat Décrire le montage et les dispositifs expérimentaux, les matériaux et la prise de mesures. Réaliser les essais de chargement en flexion sur les deux poutres Décrire le comportement de la poutre durant les essais jusqu'à la rupture. Tracer les 3 courbes de comportement pour chacune des deux poutres. P Flèche au milieu de la poutre ( ) P Déformation dans les barres d'acier (barres supérieures et inférieures) P Déformation dans le composite (si applicable) Comparer les résultats avec les valeurs théoriques (voir le cours de résistance des matériaux). Comparer le comportement des 2 poutres. 4. Matériaux et poutres Béton f c = 65 MPa f t = 0,6 (f c) 0,5 E béton = 4500 (f c) 0,5 Acier Voir fichier de résultats 2 barres = 6,35 en haut et en bas Étriers = 6,35 à 76 c/c Caractéristiques de la fibre de carbone imprégnée et mûrie (valeurs moyennes) Type = SikaWrap Hex 230C avec résine Sikadur 330 0=894 MPa E=65,4 GPa Quantité de fibre = 230 g/m 2 Épaisseur = 0,381 (1 pli+résine) Largeur du composite = L () = Variable (voir fichier de résultats) Section efficace de fibres de carbone = 0,381*L 2 Automne

3 Poutres Automne

4 5. Analyse des résultats 5.1 Poutre en béton armé sans composite P/ 2 P/ 2 a = a a = = M max (milieu de la poutre) = a) Poutre non fissurée P a 2 max L = 1100 Calculer approximativement la force P qui cause la fissuration du béton en négligeant l armature (section en béton seulement) et en considérant un comportement élastique du béton. Calculer la flèche ( max) au moment de la fissuration ( P 2) a max (milieu de la poutre dans le domaine élastique non fissuré) = 24 E I Expliquer coent identifier le moment où il y aura fissuration du béton sur la courbe expérimentale P-. Comparer les valeurs théoriques et expérimentales, et coenter. 2 2 (3 L 4 a ) b) Poutre fissurée, domaine élastique C A.N. Y A s x Eac Ebet Section initiale T = A s État de contrainte s Section fissurée et transformée Automne

5 Calculer la position de l axe neutre et le moment d inertie de la section fissurée (cours GCI 210). Pour une charge P=15 kn, calculer les valeurs théoriques des contraintes dans l acier et le béton (cours GCI 210). Expliquer coent identifier la fin du domaine élastique de la poutre sur la courbe expérimentale P-. Comparer les valeurs théoriques et expérimentales, et coenter. c) Poutre fissurée, domaine plastique C acier = A acier x T acier = A acier x En considérant seulement la résistance des barres d acier à la rupture, déterminez théoriquement la valeur de la charge maximale P à la rupture Comparer les valeurs théoriques et expérimentales de P à la rupture et coenter. d) Courbes expérimentales Tracer la courbe P - max et coenter le comportement jusqu à la rupture Tracer la courbe P acier tendu et coenter. Tracer la courbe P - acier comprimé et coenter. 5.2 Poutre avec renforcement en composite a) Charge maximale à la rupture Déterminer la valeur maximale de la charge P qui crée la rupture de la poutre, si elle se produit lorsqu il y a plastification simultanée de l acier, du béton et du composite de carbone selon le schéma suivant (cours GCI-210). Automne

6 C acier = A acier x a b C béton = 0,85 f'c a x b a 2 T acier = A acier x 10,7 2 T béton = A composite x composite b) Courbes expérimentales Tracer la courbe P - max et coenter le comportement jusqu à la rupture. Tracer la courbe P acier tendu et coenter. Tracer la courbe P - acier comprimé et coenter. Tracer la courbe P - composite et coenter. 6. Discussion Comparer la capacité structurale des deux types de poutres Résistance ultime Domaine élastique Mode de rupture Ductilité Fissuration à la rupture Conclusion sur le renforcement des poutres en composite 7. Conclusion Automne

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