Cette étude évalue expérimentalement et analytiquement le comportement au cisaillement des poutres en béton renforcé de fibres de basalte (BRFB) renforcées longitudinalement avec des barres en polymère renforcé de fibres de basalte (PRFB). Un nouveau type de macro-fibres de basalte a été ajouté au mélange de béton pour produire le mélange de BRFB. Quatorze poutres (152 x 254 x 2000 mm) sans armature transversale ajouté ont été testées sous une configuration de chargement à quatre points jusqu'à la défaillance. Les poutres ont été regroupés en deux groupes A et B en fonction de leurs rapports portée de cisaillement/profondeur, a/d. Les poutres du groupe A avaient un rapport a/d de 3,3 tandis que celles du groupe B avaient un rapport a/d de 2,5. Outre les rapports a/d, les paramètres étudiés comprenaient la fraction volumique des fibres ajoutées (0,75 et 1,5%) et le taux de renforcement longitudinal des barres en PRFB (0,31, 0,48, 0,69, 1,05 et 1,52). Les résultats des tests ont montré que l’ajout de macro-fibres de basalte au mélange de béton améliorait sa résistance à la compression. Une relation directe entre la fraction volumique de fibres, Vf, et la résistance à la compression a été observée. Les cylindres de béton coulés avec une Vf de 0,75 et 1,5% ont entraîné une augmentation de 11 et 30% de leur résistance à la compression par rapport à ceux moulés en béton standard (sans fibres), respectivement. L'ajout de fibres a également amélioré le mode de défaillance des poutres BRFB-PRFB que les poutres de contrôle coulées avec du béton standard. L’augmentation de la fraction volumique des fibres a réduit l’espacement entre les fissures et gêné sa propagation. Une amélioration significative des capacités de cisaillement des poutres testées a également été observée lorsque les macro-fibres de basalte ont été ajoutées à une fraction volumique Vf de 0,75. L'augmentation moyenne des capacités de cisaillement des poutres des groupes A et B, ayant les mêmes taux de renforcement, était respectivement de 45 et 44%, par rapport à celles des poutres de contrôle. Il a été noté que le gain en capacité de cisaillement des poutres testées était plus prononcé dans les poutres avec a/d= 3,3 que dans les poutres avec a/d = 2,5 lorsque le taux de renforcement augmentait. Au cours de la phase analytique, plusieurs modèles ont été utilisés pour prédire les capacités de cisaillement des poutres. Tous les modèles disponibles surestimaient les capacités de cisaillement des poutres testées avec un rapport moyen Vpre/Vexp compris entre 1,29 et 2,64. Cette observation a montré que ces modèles ne permettaient pas de prédire les capacités de cisaillement des poutres BRFB-PRFB. Un nouveau modèle modifié intégrant le type de renforcement longitudinal, le type de béton fibré et la densité du béton est proposé. Le modèle d’Ashour et al. -A (1992) a été modifié en utilisant un facteur égal au rapport entre le module des barres en PRF, Ef, et celui des barres en acier Es. Ce rapport prend en compte la différence de propriétés entre les barres en PRF et celles en acier, négligée par les modèles précédents. Le modèle proposé prédit bien les capacités de cisaillement des poutres BRFB-PRFB testées dans la présente étude avec des rapports moyens Vpre/Vexp = 0,82 ± 0,12 et 0,80 ± 0,01 pour les poutres des groupes A et B, respectivement. Les capacités de cisaillement des poutres en béton léger testées par Abbadi (2018) ont été prédites avec un rapport moyen Vpre/Vexp = 0,77 ± 0,05. De plus, le modèle prédit bien les capacités de cisaillement des poutres coulées avec du béton qui contient des fibres en acier testées par Awadallah et al. (2014) avec un rapport moyen Vpre/Vexp = 0,89 ± 0,07. Cela indique la large gamme d'applicabilité du modèle proposé. Cependant, il est recommandé d’évaluer le modèle proposé sur un ensemble de données plus large que celui présenté dans cette étude. / This study evaluates both experimentally and analytically the shear behavior of basalt fiber-reinforced concrete (BFRC) beams reinforced longitudinally with basalt fiber-reinforced polymer (BFRP) bars. A new type of basalt macro-fibers was added to the concrete mix to produce the BFRC mix. Fourteen beams (152 x 254 x 2000 mm) with no transverse reinforcement provided were tested under four-point loading configuration until failure occurred. The beams were grouped in two groups A and B depending on their span-to-depth ratios, a/d. Beams of group A had a ratio a/d of 3.3 while those of group B had a ratio a/d of 2.5. Besides the span-to-depth ratios, the parameters investigated included the volume fraction of the fibers added (0.75 and 1.5%) and the longitudinal reinforcement ratio of the BFRP reinforcing bars (0.31, 0.48, 0.69, 1.05, and 1.52). The test results showed that the addition of basalt macro-fibers to the concrete mix enhanced its compressive strength. A direct relationship between the fiber volume fraction, Vf, and the compressive strength was observed. Concrete cylinders cast with Vf of 0.75 and 1.5% yielded 11 and 30% increase in their compressive strengths over those cast with plain concrete, respectively. The addition of fibers greatly enhanced the shear capacity of BFRC-BFRP beams compared to their control beams cast with plain concrete. The increase of the fiber volume fraction decreased the spacing between cracks and hindered its propagation. A significant enhancement in the shear capacities of the tested beams was also observed when the basalt macro-fibers were added at a volume fraction Vf of 0.75%. The average increase in the shear capacities of beams of group A and B, having the same reinforcement ratios, were 45 and 44%, respectively, in comparison with those of the control beams. It was noticed that the gain in shear capacities of the tested beams was more pronounced in beams with a/d = 3.3 than in beams with a/d = 2.5 when the reinforcement ratio increased. In the analytical phase, several models were used to predict the shear capacities of the beams. All of the available models overestimated the shear capacities of the tested beams with average ratio Vpre/Vexp ranging between 1.29 to 2.64. This finding indicated that these models were not suitable to predict the shear capacities of the BFRC-BFRP beams. A new modified model incorporating the type of the longitudinal reinforcement, the type of FRC used, and the density of concrete is proposed. The model of Ashour et al. –A (1992) was calibrated using a calibration factor equal to the ratio of modulus of FRP bars used, Ef, and that of steel bars, Es. This ratio takes into consideration the difference in properties between the FRP and steel bars, which was overlooked by previous models. The proposed model predicted well the shear capacities of the BFRC-BFRP beams tested in the current study with average ratios Vpre/Vexp = 0.82 ± 0.12 and 0.80 ± 0.01 for beams of groups A and B, respectively. The shear capacities of the lightweight concrete beams tested by Abbadi (2018) were predicted with an average ratio Vpre/Vexp = 0.77 ± 0.05. Moreover, the model predicted well the shear capacities of the SFRC beams reinforced with BFRP bars tested by Awadallah et al. (2014) with an average ratio Vpre/Vexp = 0.89 ± 0.07. This indicates the wide range of applicability of the proposed model. However, it is recommended that the proposed model be assessed on larger set of data than that presented in this study
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/34008 |
| Date | 13 March 2019 |
| Creators | Hamed, Sarah |
| Contributors | El Refai, Ahmed |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | mémoire de maîtrise, COAR1_1::Texte::Thèse::Mémoire de maîtrise |
| Format | 1 ressource en ligne (xv, 78 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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