No description available.

This thesis reports an investigation on time-dependent loss of post-tensioned masonry box and tee sections representing diaphragm and fin walls, respectively. The prestress loss due to creep and shrinkage of masonry, and relaxation of steel bars were quantified separately and the main influencing factors considered were geometry and masonry type. For each type of masonry three diaphragm and three fin walls were built to determine prestress loss (decreasing load), creep (constant load) and shrinkage (zero load). The walls were constructed from undocked clay, calcium silicate and concrete block units with grade (ii) mortar with cementlime:sand in the proportions of 1:½:4½ and water/cement ratio of 1.27. Creep and shrinkage were also measured on unbonded masonry units and mortar prisms for predicting the deformations in the masonry walls by using a previously developed composite model. The mal;onry units and mortar prisms were partly sealed to simulate the corresponding volume/surface ratio of the bonded masonry units and mortar joints in the masonry walls. The calcium silicate walls exhibited the highest prestress loss, creep and shrinkage compared with the clay and concrete block diaphragm and fin walls. The current methods of prediction of prestress loss for masonry are only suitable for specific types of masonry for which they were developed. On the other hand, the methods developed for prestressed concrete gave reasonable predictions for all the masonry types investigated, with one particular method being very accurate. For all test results it was confirmed that long-term deformations were influenced by geometry, fin walls exhibiting greater deformations than diaphragm walls. The composite model did not predict shrinkage very well in calcium silicate and concretc block walls because some moisture in the mortar was absorbed by the masonry units. As a result the partly sealed unbonded mortar prisms had higher water content than the mortar bed joint in the walls, and thus a higher shrinkage in the partly sealed mortar prisms occured. Consequently, when the creep and shrinkage of the partly sealed mortar prisms was applied to the model, the masonry deformation was overestimated. A modified water absorption test was carried out which confirmed that for units laid dry the mortar bed joint had a reduced shrinkage compared to the unbonded mortar prisms. From the results, creep and shrinkage adjustment factors were correlated with unit water absorption, and when adjusted creep and shrinkage were incorporated with the composite model, satisfactory predictions of masonry deformations were achieved.

De très grandes quantités de déchets de construction et de démolition sont produites chaque année, en même temps, de grandes quantités de granulats naturels sont nécessaires pour la construction. Jusqu'à présent, seule une petite fraction de ces déchets est réutilisée comme granulats pour la fabrication du béton. Les Granulats Recyclés (GR) sont principalement composés d’un mélange intime de granulats naturels et de pâte de ciment durcie (PCD). La pâte de ciment durcie possède généralement une porosité nettement plus élevée que celle des granulats naturels, la teneur et les propriétés physico-chimiques de la pâte de ciment présente dans les GR a ainsi une forte influence sur leurs propriétés. Les sables recyclés qui contiennent essentiellement du mortier et de la pâte, possèdent généralement un coefficient d’absorption d’eau très élevé, ce qui freine considérablement leur valorisation dans le béton. L'objectif principal de cette étude est de mieux comprendre le rôle joué par la PCD sur les propriétés des GR afin d'améliorer les méthodes de caractérisation de ces matériaux et de les réutiliser dans la fabrication de mortiers ou de bétons. Tout d'abord, une méthode expérimentale basée sur la dissolution de la PCD dans l'acide salicylique est développée et permet de mesurer la teneur en PCD des GR. Les propriétés des GR sont ensuite étudiées en fonction de la teneur en PCD, de la taille des particules et de la composition du béton d'origine. De la relation obtenue entre l'absorption d'eau et la teneur en pâte de ciment, le coefficient d'absorption d'eau de la fraction fine (0/0.63mm) peut être estimé. Différents GR industriels sont ensuite caractérisés afin d’étendre les conclusions précédentes à des GR produits dans des conditions plus réalistes. Par ailleurs, l'influence de la carbonatation sur les propriétés des GR est également étudiée. Enfin, l'influence de l'état saturation des GR sur les propriétés des mortiers frais et durci et sur leur microstructure est explorée. Les mortiers recyclés avec GR sec ont une meilleure résistance à la compression que ceux avec GR saturés. Ces résultats sont confirmés par l'étude des propriétés de l’ITZ. Les propriétés mécaniques de mortiers fabriqués avec des teneurs variables en GR ou avec des fractions de substitution différentes sont étudiées. La fraction fine des GR a une influence plus néfaste sur les propriétés des bétons recyclés que la fraction grossière. / Very large quantities of construction and demolition wastes and especially concrete wastes are produced yearly. At the same time, high amounts of natural aggregates are needed for construction industry. Up to now, only a small fraction of these concrete wastes is re-used as recycled concrete aggregates (RCA) for the manufacture of concrete. RCA are composed of an intimate mix between aggregates and hardened cement paste (HCP). Hardened cement paste is much more porous than the natural aggregates and the properties and proportions of HCP largely influence the properties of RCA. As a consequence, the fine fraction of RCA (FRCA), essentially composed of mortar and cement paste, possesses a large water demand which makes it harder to recycle into concrete.The objective of this research is to better understand the role played by HCP on the properties of RCA in relation with the improvement of the characterization methods of these materials and their reuse in the manufacture of mortar or concrete. Firstly, an experimental method based on salicylic acid dissolution allowing to determine HCP content of FRCA is developed. FRCA properties are then studied as a function of hardened cement paste content, particle sizes and properties/composition of the original concrete. From the obtained relationship between water absorption and cement paste content, the water absorption coefficient of the smaller fraction (0/0.63mm) can be estimated whereas it is difficult to measure. Secondly, different industrial RCA are characterized which allows us to expand the preceding conclusions to “real RCA”, meanwhile, the influence of carbonation on the properties of FRCA is also carried out. Finally, the influence of the saturation state of FRCA on the properties of fresh and hardened mortars and on their microstructure is explored. The recycled mortars with dry FRCA have better compressive strength than that with saturated FRCA, which is confirmed by the study of ITZ properties. The mechanical properties of mortars with different RCA content and replacement fraction are determined. The finer fraction of RCA has a worse influence on the mechanical properties of RAC than the coarser fraction.

Αντικείμενο της παρούσας Διατριβής Διπλώματος Ειδίκευσης αποτελεί η πειραματική διερεύνηση της ενίσχυσης στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος μέσω περίσφιγξης με μανδύες συνθέτων υλικών ανόργανης μήτρας. Για το σκοπό αυτό, διεξήχθη πειραματικό πρόγραμμα το οποίο διενεργήθηκε στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Παρόλο που στο παρελθόν έχουν διεξαχθεί έρευνες σχετικές με την περίσφιγξη των συνθέτων υλικών οργανικής μήτρας σε υποστυλώματα, ωστόσο έρευνες σχετικές με την περίσφιγξη των συνθέτων υλικών ανόργανης μήτρας δεν έχουν γίνει μέχρι σήμερα, γεγονός που καθιστά ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα την συστηματική διερεύνηση αυτής της επίδρασης. Το πρόγραμμα απαρτίστηκε από τρεις ομάδες πέντε πρισματικών υποστυλωμάτων τετραγωνικής διατομής και διαστάσεων 200mm x 200mm. Η κατηγοριοποίηση κατά ομάδες έγινε με βάση τη γεωμετρία του εσωτερικού εγκάρσιου οπλισμού. Έτσι, την πρώτη ομάδα αποτέλεσαν άοπλα δοκίμια, τη δεύτερη δοκίμια με αραιή διάταξη συνδετήρων και την τρίτη δοκίμια με πυκνή διάταξη συνδετήρων. Από τα δοκίμια της κάθε ομάδας ένα εξ’ αυτών δεν υπέστη επέμβαση ενίσχυσης προκειμένου να χρησιμοποιηθεί ως μάρτυρας για τη σύγκρισή του με τα άλλα δοκίμια. Δύο από τα πέντε δοκίμια της κάθε ομάδας ενισχύθηκαν με 4 και 6 στρώσεις πλεγμάτων με χρήση ανόργανης μήτρας ενώ τα υπόλοιπα δύο δοκίμια ήταν εκείνα που ενισχύθηκαν 2 και 3 στρώσεις υφασμάτων ινών άνθρακα με χρήση εποξειδικής ρητίνης, για να συγκριθούν με τα προαναφερόμενα «ισοδύναμά» τους με ρητίνη. Στη συνέχεια τα 15 πρισματικά υποστυλώματα υποβλήθηκαν σε δοκιμές κεντρικής θλίψης μέχρι αστοχίας. Από την επεξεργασία των πειραματικών αποτελεσμάτων προέκυψαν συγκριτικά διαγράμματα που αφορούσαν την αντοχή, την παραμορφωσιμότητα και τους δείκτες αποτελεσματικότητας των δοκιμίων που ενισχύθηκαν τόσο με ανόργανη όσο και με οργανική μήτρα. Τα διαγράμματα αυτά επέτρεψαν την εξαγωγή κάποιων χρήσιμων συμπερασμάτων, ικανών για την εκτίμηση της μηχανικής συμπεριφοράς των περισφιγμένων υποστυλωμάτων. Η δομή της παρούσας Διατριβής περιλαμβάνει 8 κεφάλαια και έχει ως εξής: Στο Κεφάλαιο 1 αναπτύσσεται το γνωστικό υπόβαθρο για τα σύνθετα υλικά. Στην αρχή του κεφαλαίου, γίνεται αναφορά στην αλματώδη αύξηση των ενισχύσεων με σύνθετα υλικά, λόγω των πλεονεκτημάτων που παρουσιάζουν σε συντριπτική πλειοψηφία και της ανάγκης για αναβάθμιση των υφισταμένων δομημάτων προκειμένου να ικανοποιούν τις σύγχρονες απαιτήσεις των κανονισμών. Στη συνέχεια περιγράφονται τα συστατικά στοιχεία των ινοπλισμένων πολυμερών, δηλαδή των ινών και των συγκολλητικών ουσιών από τα οποία αποτελούνται. Έπειτα γίνεται αναφορά στα βασικά συστήματα ενίσχυσης και τις ιδιότητες των συνθέτων υλικών. Ακολουθεί η μικρομηχανική των συνθέτων υλικών και οι επιπτώσεις των περιβαλλοντικών συνθηκών στην ανθεκτικότητά τους. Στο τέλος γίνεται μια περιληπτική αναφορά των τεχνικών ενίσχυσης δομικών στοιχείων με σύνθετα υλικά. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται μια σύντομη αναφορά στις βάσεις σχεδιασμού ενισχύσεων με σύνθετα υλικά. Δίνονται οι καταστατικοί νόμοι των υλικών για την οριακή κατάσταση αντοχής και λειτουργικότητας, τόσο για πλήρη συνεργασία όσο και για αποκόλληση του συνθέτου υλικού από την κατασκευή. Επίσης σχολιάζεται και το θέμα της συνάφειας των συνθετών υλικών με το υπόστρωμα. Στο Κεφάλαιο 3 γίνεται αρχικά αναφορά στην έννοια της περίσφιγξης, προκειμένου να εισάγει ομαλά τον αναγνώστη στις πιο συνήθεις πρακτικές επιβολής εξωτερικής περίσφιγξης (που συναντώνται σε υποστυλώματα) και έπειτα στις πιο βασικές τεχνικές ενίσχυσης υποστυλωμάτων με σύνθετα υλικά. Στη συνέχεια το κεφάλαιο πραγματεύεται τη μηχανική συμπεριφορά και τον καταστατικό νόμο του περισφιγμένου σκυροδέματος με σύνθετα υλικά, για να περάσει στην ανασκόπηση των κυριότερων προσομοιωμάτων περίσφιγξης με σύνθετα υλικά τα οποία όμως βασίζονται σε πειράματα που διεξήχθησαν σε κυκλικής διατομής άοπλα υποστυλώματα. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με μία αναλυτική αναφορά στους παράγοντες εκείνους που βελτιστοποιούν την αποτελεσματικότητα της περίσφιγξης με σύνθετα υλικά όπως π.χ. η γεωμετρία της διατομής, ο βαθμός περιτύλιξης (κάλυψης) του σκυροδέματος και η διεύθυνση των ινών σε σχέση με τον άξονα του περισφιγμένου μέλους. Στο Κεφάλαιο 4 αναλύεται διεξοδικά το πρωτοπόρο ερευνητικό σύστημα ενίσχυσης FRM (Fiber Reinforced Mortars) που ανταγωνίζεται το σύστημα των ινοπλισμένων πολυμερών (FRPs). Στην αρχή αναφέρονται οι απαιτήσεις που αυτό καλείται να καλύψει προκειμένου να είναι συμβατό, ενώ στη συνέχεια περιγράφεται διεξοδικά το σύστημα ινών άνθρακα με κονιάματα που περιέχουν πολυμερή, μιας και το συγκεκριμένο σύστημα παρέχει τις βέλτιστες συνθήκες για την εξασφάλιση ενός σύνθετου υλικού υψηλής ποιότητας. Εν συνεχεία επιχειρείται μια συγκριτική εξέταση των χαρακτηριστικών των ινοπλισμένων πολυμερών με τα σύνθετα υλικά ανόργανης μήτρας. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με την περιγραφή των πιο σημαντικών πειραμάτων που έχουν διεξαχθεί για σύνθετα υλικά με τσιμεντοειδή μήτρα (π.χ. αξονική θλίψη, την κάμψη, τη διάτμηση και την κόπωση) και τέλος με την περιγραφή των κυριότερων μεθόδων σχεδιασμού τσιμεντοειδών κονιαμάτων που έχουν ερευνηθεί με στόχο να αποτελέσουν τη συνδετική ύλη με τα σύνθετα υλικά ινών άνθρακα. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται η πειραματική διαδικασία της παρούσας Διατριβής. Αρχικά περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο έγινε ο σχεδιασμός των δοκιμίων ενώ στη συνέχεια παρατίθενται αναλυτικά τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν, ο τρόπος παρασκευής και οι μηχανικές ιδιότητές τους. Ακολουθεί διεξοδική περιγραφή της πειραματικής διαδικασίας από το στάδιο της προετοιμασίας των μεταλλικών κλωβών μέχρι την περάτωση της ενίσχυσης με τις δύο τεχνικές ενίσχυσης. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται μια σύντομη περιγραφή της πειραματικής διάταξης και του επιμέρους μηχανικού εξοπλισμού που χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση των δοκιμών αξονικής θλίψης. Στο Κεφάλαιο 6, το οποίο καταλαμβάνει και το μεγαλύτερο όγκο της Διατριβής, περιλαμβάνονται αρχικά τα αποτελέσματα των πειραμάτων όλων των δοκιμίων που συμμετείχαν στο πειραματικό πρόγραμμα, με βάση τις ομάδες στις οποίες κατατάχθηκαν τα δοκίμια ανάλογα με τη γεωμετρία όπλισης. Συγκεκριμένα, περιγράφονται οι τρόποι αστοχίας των δοκιμίων με φωτογραφικό υλικό, οι καμπύλες τάσεων-παραμορφώσεων καθώς επίσης η μέγιστη αντοχή και οι παραμορφώσεις μέγιστης τάσης και αστοχίας. Στη συνέχεια παρουσιάζονται συγκριτικά αποτελέσματα των δοκιμίων (υπό μορφή πινάκων και διαγραμμάτων) ανάλογα με α) τις ομάδες στις οποίες κατατάχθηκαν τα δοκίμια λόγω της γεωμετρίας όπλισης και β) με το είδος της μήτρας και τον αριθμό των στρώσεων των συνθέτων υλικών. Επιπλέον παρουσιάζονται πίνακες συγκεντρωτικών αποτελεσμάτων, στους οποίους γίνονται συγκρίσεις των ομάδων δοκιμίων που εκτέθηκαν ανωτέρω, με τα αντίστοιχα δοκίμια ελέγχου τους. Ιδιαίτερη προσοχή έχει δοθεί στη σύγκριση των δεικτών αποτελεσματικότητας της περίσφιξης, σε όρους αντοχής και οριακής παραμόρφωσης. Το Κεφάλαιο 7, παρουσιάζει την επεξεργασία των πειραματικών αποτελεσμάτων προκειμένου να καταστρωθεί ένα αναλυτικό προσομοίωμα, που να προβλέπει την αντοχή και την οριακή παραμόρφωση άοπλων και οπλισμένων στοιχείων τύπου υποστυλώματος που είναι περισφιγμένα με σύνθετα υλικά ανόργανης και οργανικής μήτρας. Αρχικά, καταστρώνονται οι εξισώσεις εκείνες που απαιτούνται για την προσομοίωση της περίσφιγξης μέσω μανδυών συνθέτων υλικών και έπειτα οι εξισώσεις εκείνες που απαιτούνται για την προσομοίωση της περίσφιγξης μέσω εσωτερικού οπλισμού. Στη συνέχεια αναπτύσσεται μία μέθοδος πρόβλεψης της αντοχής και της οριακής παραμόρφωσης των δοκιμίων (γραμμική) που βασίζεται στο κλασσικό προσομοίωμα των Richart et al. (1928). Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με την αναλυτική και συγκριτική παρουσίαση των αποτελεσμάτων και τέλος με την εξαγωγή συμπερασμάτων. Στο Κεφάλαιο 8, συνοψίζονται τα συμπεράσματα της παρούσας Διατριβής Διπλώματος Ειδίκευσης. Η μέθοδος των συνθέτων υλικών ανόργανης μήτρας παρέχει ικανοποιητικά αποτελέσματα αυξάνοντας αισθητά την οριακή παραμόρφωση, την θλιπτική αντοχή των υποστυλωμάτων και συνεπώς την ικανότητα απορρόφησης ενέργειας. Η αύξηση της αντοχής και της παραμόρφωσης περιορίζεται τελικά από την τοπική αστοχία/διάρρηξη του μανδύα που συμβαίνει στις κρίσιμες περιοχές συγκέντρωσης τάσεων (στις γωνίες και σε όλο το μήκος της αγκύρωσης των μανδυών των στοιχείων). Η έναρξη της αστοχίας σηματοδοτείται επίσης και από τον λυγισμό των διαμήκων θλιβόμενων ράβδων στο αστήρικτο μήκος μεταξύ των συνδετήρων. Όσον αφορά το προτεινόμενο αναλυτικό προσομοίωμα, θα ήταν χρήσιμο να διεξαχθούν επιπρόσθετες πειραματικές δοκιμές ώστε να εμπλουτιστεί η βάση δεδομένων και να επιβεβαιωθεί η αξιοπιστία του προτεινόμενου μοντέλου. / -

Η παρούσα διατριβή διπλώματος ειδίκευσης την πειραματική μέλετη της συμπεριφοράς και σεισμικής ενίσχυσης κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος. Το πρόβλημα της ενίσχυσης υφιστάμενων κατασκευών στην Ελλάδα είναι ένα πολύ σημαντικό ζήτημα, που ήδη απασχολεί έντονα τον τεχνικό κόσμο. Το πρόβλημα πηγάζει από το ότι ένα μεγάλο ποσοστό αυτών, δεν έχει κατασκευασθεί με σύγχρονες αντισεισμικές διατάξεις. Επιπλέον μέχρι σήμερα δεν υπάρχει αποδεκτό κανονιστικό πλαίσιο για τη σεισμική αποτίμηση και επισκευή – ενίσχυση των υφιστάμενων κτιρίων και η επιβολή των ενισχύσεων βασίζεται σε εμπειρικούς κανόνες. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η παραγωγή πειραματικών δεδομένων για κατασκευές, οι οποίες χρήζουν ενίσχυσης. Η εργασία χωρίζεται σε δύο βασικά μέρη. Στο πρώτο μελετάται η συμπεριφορά και η επισκευή – ενίσχυση υποστυλωμάτων σε μοντέλο κατασκευής, που κατασκευάσθηκε στο Εργαστήριο Κατασκευών του Πανεπιστημίου Πατρών. Πιο συγκεκριμένα εξετάζεται η απόδοση της ενίσχυσης των υποστυλωμάτων της κατασκευής με μανδύες οπλισμένου σκυροδέματος. Στο δεύτερο μέρος γίνεται διερεύνηση της επιρροής της ολίσθησης των διαμήκων οπλισμών στη βάση των υποστυλωμάτων. Η μελέτη του φαινομένου αυτού είναι πολύ σημαντική για την κατανόηση της συμπεριφοράς των υποστυλωμάτων, καθώς είναι πολύ δύσκολο να περιγραφεί αναλυτικά και λαμβάνεται υπ ‘όψιν μόνο μέσω εμπειρικών τύπων. Η εργασία χωρίζεται σε πέντε Κεφάλαια. Στο πρώτο Κεφάλαιο αρχικά γίνεται μια σύντομη αναφορά στο εξεταζόμενο πρόβλημα και στις προεκτάσεις του. Κατόπιν γίνεται αναφορά σε άλλες πειραματικές δοκιμές από τη διεθνή βιβλιογραφία, από την οποία προκύπτει ότι δεν καλύπτουν πλήρως την έκταση του προβλήματος. 2ίνουν βέβαια κάποιες κατευθύνσεις για το που πρέπει να εστιασθούν οι έρευνες, αλλά υπάρχουν και αρκετά κενά, όπως το ζήτημα της ολίσθησης των οπλισμών, που χρήζουν περαιτέρω μελέτης. Στο δεύτερο Κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη περιγραφή του μοντέλου που κατασκευάσθηκε για την εκτέλεση των πειραματικών δοκιμών. Πρόκειται για διώροφο κτίριο ενός ανοίγματος κατασκευασμένο σε κλίμακα 1:0,7. Κύριο χαρακτηριστικό του ήταν η μεγάλη εκκεντρότητα της αντοχής και της δυσκαμψίας iii σε κάτοψη, ενώ ο τρόπος κατασκευής και όπλισης ήταν αυτός των προ του 1984 κτιρίων. Το κτίριο υποβλήθηκε σε ψευδοδυναμική δοκιμή, η οποία περιγράφεται στη συνέχεια του κεφαλαίου, με χρήση πραγματικού επιταχυνσιογραφήματος. Τέλος στο Κεφάλαιο αυτό περιγράφεται η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε για την πραγματοποίηση της δοκιμής και την καταγραφή των πειραματικών μετρήσεων. Στο τρίτο Κεφάλαιο περιγράφονται οι δοκιμές του κτιρίου και σχολιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα για κάθε μια απ’ αυτές. Στην πρώτη δοκιμή το κτίριο υποβλήθηκε σε σεισμική διέγερση με μέγιστη εδαφική επιτάχυνση 0,25g. Ακολούθησε μία ισχυρότερη δοκιμή στα 0,30g χωρίς να ενισχυθεί το αρχικό κτίριο, η οποία όμως διακόπηκε λόγω των μεγάλων σε έκταση βλαβών που παρουσίασε, οι οποίες μπορούσαν να επιφέρουν την ολική κατάρρευση του. Πριν την τελευταία δοκιμή, το κτίριο ενισχύθηκε με την επιβολή μανδυών οπλισμένου σκυροδέματος στη μία πλευρά του κτιρίου (ώστε να αρθεί η εκκεντρότητα). Έτσι λοιπόν προκύπτουν πολλά συμπεράσματα για την συμπεριφορά υφιστάμενων κατασκευών πριν και μετά την ενίσχυσή τους. Στο τέταρτο Κεφάλαιο γίνεται η διερεύνηση της επιρροής της ολίσθησης των διαμήκων οπλισμών στη βάση των υποστυλωμάτων στη σεισμική συμπεριφορά τους. Για το σκοπό αυτό, εκτός από τα αποτελέσματα των υποστυλωμάτων του κτιρίου, χρησιμοποιήθηκε σειρά πειραματικών δοκιμών μεμονωμένων υποστυλωμάτων που είχαν πραγματοποιηθεί παλαιότερα στο Εργαστήριο Κατασκευών του Πανεπιστημίου Πατρών. Προκύπτουν έτσι συμπεράσματα για την απόδοση διάφορων μορφών ενίσχυσης υποστυλωμάτων όσον αφορά πάντα την ολίσθηση των οπλισμών. Επίσης με την βοήθεια εξισώσεων υπολογισμού του μήκους ολίσθησης ( Lslip ) και της στροφής λόγω ολίσθησης ( slip θ ), που αναπτύχθηκαν, γίνεται μια προσπάθεια ελέγχου της ακρίβειας των εμπειρικών σχέσεων που χρησιμοποιούνται στη βιβλιογραφία για την μελέτη του φαινομένου. Στο πέμπτο Κεφάλαιο συνοψίζονται όλα τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τις πειραματικές δοκιμές, τόσο για την αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης κτιρίων με μανδύες οπλισμένου σκυροδέματος, όσο και για την αποδοτικότητα διαφόρων μορφών ενίσχυσης σε σχέση με την ολίσθηση των διαμήκων οπλισμών. Τέλος αναδεικνύεται η σεισμική τρωτότητα υφιστάμενων κατασκευών, που έχουν iv κατασκευασθεί με κανονισμούς προ του 1984, και η αναγκαιότητα επισκευής – ενίσχυσης τους. / -

Η παρούσα Διατριβή Διπλώματος Ειδίκευσης έχει ως θέμα την αντισεισμική ενίσχυση ελλειπώς σχεδιασμένων μελών από οπλισμένο σκυρόδεμα με σύνθετα υλικά. Το ζήτημα που κυρίως πραγματεύεται η συγκεκριμένη διατριβή αφορά τα στοιχεία εκείνα στα οποία ο διαμήκης οπλισμός είναι ενωμένος στην πλαστική άρθρωση μέσω παράθεσης των ευθύγραμμων άκρων των ράβδων σε ανεπαρκή μήκη μάτισης. Η ενίσχυση των μελών γίνεται μέσω περίσφιγξης με επιβολή μανδυών από σύνθετα υλικά οργανικής ή ανόργανης μήτρας. Η μέχρι τώρα εφαρμογή της συγκεκριμένης μεθόδου αφορά την ενίσχυση μέσω ινοπλισμένων πολυμερών, δηλαδή συνθέτων υλικών στα οποία η μήτρα αποτελείται από ρητίνη οργανικής σύστασης. Σκοπός της εργασίας είναι η πειραματική διερεύνηση της αποτελεσματικότητας που παρέχει μια νέα τεχνική ενίσχυσης η οποία συνδυάζει τα σύνθετα υλικά με μήτρα οργανικής σύστασης. Για τη μελέτη της συγκεκριμένης τεχνικής διενεργήθηκε εκτενές πειραματικό πρόγραμμα στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών. Στα πλαίσια του παραπάνω πειραματικού προγράμματος κατασκευάστηκαν εννέα υποστυλώματα μορφής προβόλου, έξι εκ των οποίων ενισχύθηκαν με εφαρμογή τόσο της νέας μεθόδου, στην οποία ο μανδύας αποτελείται από πλέγμα ανθρακονημάτων σε τσιμεντοκονίαμα (Textile Reinforced Mortar ή TRM), όσο και με εφαρμογή της μεθόδου ενίσχυσης με ινοπλισμένα πολυμερή (Fiber Reinforced Polymers ή FRP). Τα εννέα δοκίμια υποβλήθηκαν σε ανακυκλιζόμενη πλευρική φόρτιση αυξανόμενου εύρους με ταυτόχρονη επιβολή σταθερού αξονικού φορτίου. Τα δοκίμια που κατασκευάστηκαν χωρίστηκαν σε τρεις σειρές. Η πρώτη σειρά αποτελείται από τρία μη ενισχυμένα δοκίμια ή δοκίμια ελέγχου τα οποία αποτελούν τη βάση σύγκρισης των δύο τεχνικών. Οι δύο επόμενες σειρές αποτελούνται από αντίστοιχα δοκίμια με αυτά της πρώτης σειράς τα οποία όμως έχουν ενισχυθεί με τέσσερις στρώσεις πλέγματος ανθρακονημάτων οργανικής μήτρας και δύο στρώσεις υφάσματος ινών άνθρακα εμποτισμένες με ρητίνη αντίστοιχα. Κάθε σειρά αποτελείται από τρία διαφορετικά δοκίμια. Το πρώτο από αυτά αποτελεί ένα υποστύλωμα με συνεχή διαμήκη οπλισμό από νευροχάλυβα και με αραιή διάταξη συνδετήρων από λείο χάλυβα. Τα άλλα δυο δοκίμια είναι υποστυλώματα με το ίδιο είδος οπλισμού στα οποία όμως ο διαμήκης οπλισμός δεν είναι συνεχής, αλλά αποτελείται από διαφορετικές ράβδους οι οποίες ενώνονται μέσω απλής παράθεσης στη βάση των υποστυλωμάτων. Η παράθεση γίνεται σε μήκη των 20Φ και 40Φ, όπου Φ η διάμετρος των ράβδων του διαμήκους οπλισμού / -

L’installation d’armatures peut être effectuée en scellant chimiquement celles-ci dans le béton durci grâce à des adhésifs polymère. Cette technique permet un collage structural rapide et facilement mis en œuvre dans des structures en béton existantes. A température ambiante, la capacité résistante de ces ancrages est proche à celle des ancrages acier/béton. Cependant, certaines études montrent que la résistance en adhérence diminue rapidement avec la température. Ce travail de thèse s’inscrit dans la continuité des études menées au CSTB sur l’évaluation des ancrages chimiques en situation d’incendie. L’objectif est d’établir une méthode de dimensionnement permettant d’assurer la sécurité structurale d’un ouvrage à haute température. Le mémoire est composé de quatre parties principales.- Les propriétés mécaniques et physico-chimique des adhésifs polymère sont tout d’abord caractérisées en fonction de la température. - Des essais d’arrachement sont ensuite menés entre 20°C et 300°C sur des éprouvettes de béton (160 x 250 mm) dans lesquelles une armature est scellée. Des mesures de déformations permettent d’évaluer l’effet de la température sur la distribution de contraintes le long de l’ancrage.- Une étude théorique vient appuyer ce travail expérimental en adaptant le modèle du "Shear lag" à une situation de sollicitation thermique et mécanique. Ce modèle permet de décrire les profils de contraintes le long de l’ancrage lors d’un chauffage.- Finalement, deux types d’essais de validation sont effectués pour vérifier la validité du modèle. Un de ces essais est réalisé à l’échelle grandeur sur une connexion mur/console soumis à un incendie ISO 834-1. / Rebar installation can be performed into cured concrete by bonding the rebar using polymer based adhesives. This technic allows a fast and easy structural gluing of rebars into already existing concrete structures. At ambient temperature, the load bearing capacity of these bonds is similar to the one of classic steel/concrete connections. However, studies show that the bond resistance drops rapidly with temperature. This research is part of the studies carried out by the CSTB on the evaluation of bonded rebars in a fire situation. The goal is to establish a design method in order to ensure structural safety in fire conditions. This project is divided into four main research activities.- The mechanical and physicochemical properties of the polymer adhesives are characterized with temperature. - Pull-out tests are performed on small concrete samples (160 x 250 mm) in which a rebar is bonded. Strain measurements are performed along the rebar on some tests in order to evaluate the effect of temperature on stress distribution - A theoretical study is carried out in support to experimental work by adapting the "Shear lag" model. The goal of this model is to describe stress profiles along the bond under thermal loading.- Finally, two types of validation tests are used to assess the accuracy of the model. One of these tests is performed on a full scale wall/cantilever connection thermally loaded with the ISO 834-1 fire curve.

Le séchage de matériaux cimentaires conduit à des microfissures, ce qui a des conséquences importantes sur les propriétés mécaniques et de transport. L’objectif de cette étude est d’analyser l’évolution de la microfissuration des matériaux cimentaires au cours du séchage et de mieux comprendre les mécanismes associés. Ce travail présente une étude expérimentale et numérique sur la microfissuration. Les expériences sont réalisées afin d’étudier l’effet du séchage et le rôle des granulats. L’étude de la structure interne et la propagation des fissures est menée par microtomographie par rayons X. Les influences de la rigidité et de l’état de surface d’inclusions sur l’apparition de la fissuration sont mises en évidence. D’autre part, une série d’essais mécaniques est mise en œuvre sur la pâte de ciment pour comprendre le comportement mécanique de ce matériau et servir à l'identification des paramètres du modèle dans l’étude numérique. Des modélisations numériques sont alors proposées afin d'investiguer les mécanismes associés à la microfissuration observée expérimentalement. Ces modélisations sont réalisées dans le cadre de la poromécanique des milieux partiellement saturés, et le matériau est considéré comme biphasique : des inclusions noyées dans une matrice poreuse cimentaire (modèles élastique, élasto-plastique et endommagement). Les résultats permettent d'accéder à la distribution des contraintes et reproduisent la fissuration observée. L’influence du comportement de la matrice et de la rigidité des inclusions est étudiée. Enfin, une modélisation préliminaire sur la base d'éléments finis étendus se focalisant sur les effets de l'interface pâte-inclusions est proposée. / Drying process of cementitious materials leads to microcracks, which has important consequences on transport and mechanical properties. The aim of this study is to investigate the evolution of microcracking of cementitious materials during drying and better understand the associated mechanisms. This work presents both an experimental study and a numerical simulation of drying shrinkage microcracking. The experiments are performed in order to study the effect of drying and the role of the aggregates. The study of the internal structure and crack propagation is conducted by X-ray microtomography. The influences of the stiffness and the surface roughness of inclusions on the occurrence of cracking are highlighted. Moreover, a series of mechanical tests is performed on the cement paste to understand the mechanical behaviour of this material and to use for identification of the model parameters in the numerical study developed in the framework of this thesis. Numerical models are then proposed to investigate the mechanisms associated with experimentally observed microcracks. These modellings are performed under the framework of poromechanics in partially saturated medium, and the material is considered as biphasic: the inclusions embedded in a porous cement matrix (elastic models, elastoplastic and damage). The results of numerical simulations allow access to the stress distribution and reproduce the observed cracking under microtomography. The influences of matrix behaviour and stiffness of inclusion are studied. Finally, a preliminary modelling based on extended finite element method focusing on the effects of paste-inclusions interface is proposed.

La biocicatrisation, reposant sur la formation de carbonate de calcium (CaCO3) biosourcé au sein des matériaux cimentaires fissurés, est une alternative durable et écologique aux résines synthétiques. Cette thèse a pour objectif de créer une méthode de biocicatrisation de fissures d’ouvertures comprises entre 150 et 500 µm, en y injectant des bactéries par le biais d’un milieu épaissi favorisant la précipitation de CaCO3 biosourcé. Ce travail de thèse repose sur trois axes : la conception d’un milieu épaissi injectable, l’optimisation de la bioproduction de CaCO3 par la souche bactérienne B. pseudofirmus dans le milieu épaissi, et la biocicatrisation de matériaux fissurés à différentes échelles allant de l'éprouvette de mortier à la dalle de béton, in vitro et in situ. Les essais réalisés ont permis de formuler une suspension thixotropique et rhéofluidifiante à base de Welan et d’Attagel, pouvant être injectée efficacement et sans drainage dans des fissures de 150 à 800 µm d’ouverture. L’ajout d’épaississants n’a pas d’impact sur la croissance bactérienne et augmente la production de CaCO3 par les bactéries. A l’issue du traitement de biocicatrisation, la bioproduction de CaCO3 au sein des fissures a pu être démontrée par microscopie. Celle-ci, combinée avec le dépôt d’argile formé dans les fissures, contribue à leur colmatage et des fissures de 200 µm ont pu être totalement colmatées. Cette thèse a permis de mettre au point une méthode de biocicatrisation se démarquant par sa facilité d’emploi et le cumul entre colmatage abiotique et biologique. / Bio-healing, which relies on the clogging of cracks with bacterial calcium carbonate (CaCO3), is a durable and environment-friendly alternative to synthetic resins. This project aims to design a bio-healing method allowing to repair cracks from 150 to 500 µm wide, through the injection of bacteria using a thickened medium which enhances CaCO3 bioproduction. To achieve this goal, the work was organized according to three phases: the creation and characterization of an injectable thickened medium, the optimization of bacterial growth and bioproduction of CaCO3 in the thickened medium, and bio-healing tests on cracked materials, in a controlled environment and outdoors for both lab and pilot scale. During the rheological experiments, we created a thixotropic and shear-thinning suspension using two thickeners in combination, Welan and Attagel. This suspension can be efficiently injected into 150 and 800 µm wide cracks without post-injection drainage. Adding thickeners does not alter bacterial growth, and increases CaCO3 bioproduction. Biocicatrisation tests revealed that the use of a thickened suspension contributes to sealing of cracks as it dries to form a solid film inside the cracks, and embed the bacteria so they could precipitate significant amounts of CaCO3 despite the constraints of in situ conditions. At the end of the bio-healing treatment, the strain B. pseudofirmus has been proven to precipitate CaCO3 through SEM observations. The experiments which have been performed during this PhD led to the creation of a bio-healing method which holds a true potential for commercial use, as it is particularly easy to use and combines biotic and abiotic sealing of the cracks.

La présente étude s’inscrit dans le programme d’actions de l’Industrie du béton ; elle a pour but de rechercher des solutions innovantes de béton à faible impact environnemental qui permettent l’obtention de performances techniques et économiques au moins équivalentes à celles des bétons traditionnels. Pour répondre à cet enjeu, l’étude de liants ternaires constitués de ciment Portland CEM I, laitier de haut fourneau et addition calcaire a été réalisée en optimisant les moyens disponibles en préfabrication pour accélérer leur durcissement : emploi d’un traitement thermique, utilisation d’activateurs chimiques et optimisation de la compacité du mélange. Le traitement thermique s’avère être le plus puissant levier d’action. Les solutions développées (matériau et procédé) permettent d’obtenir un bilan économico-environnemental meilleur que celui d’un béton témoin dont le liant est uniquement composé de ciment Portland CEM I. / This study is part of the action program of the french concrete industry; it aims finding innovative solutions of concrete with low environmental impact, which allow to get technical and economic performances at least equivalent to those of the traditional concretes. To answer this issue, the study of ternary binders, made of Portland cement CEM I, blast furnace slag and limestone addition, was realized by optimizing the means that are available in precast industry to accelerate their hardening: use of a thermal treatment, use of chemical activators and optimization of the mixture’s compactness. Thermal treatment proves to be the most powerful lever of action. The developed solutions (material and process) obtain a much better economic-environmental balance compared to a control concrete whose binder is composed of Portland cement CEM I.