Essais sur des dalles en béton armé et en béton précontraint avec des aciers transversaux sous l'impact de missile dur

Résumé du document technique présenté à la :
20^e Conférence internationale sur la mécanique des structures dans la technologie des réacteurs (SMiRT 20)
Espoo, Finlande
Du 9 au 14 août 2009

Rédigé par :
Nebojsa Orbovica, Medhat Elgoharyb, Namho Leeb, Andrei Blahoianua
a) Canadian Nuclear Safety Commission (CNSC) Ottawa, Ontario, Canada
b) AECL-EACL, Mississauga, Ontario, Canada

Résumé

Introduction

Les formules existantes utilisées pour le dimensionnement des éléments structuraux en béton armé, sous l'impact d'un missile, sont fondées sur des tests effectués en tenant compte uniquement des aciers longitudinaux (références 1 et 2). L'influence des aciers transversaux et de la précontrainte longitudinale n'est pas prise en compte. Cependant, les clauses réglementaires relatives au chargement conventionnel prennent en compte l'effet bénéfique de ces paramètres (références 3 et 4). Par ailleurs, les critères de dimensionnement établis dans les formules empiriques sont fondés sur l'état d'endommagement de la structure en béton. Plus précisément, ils se basent sur l'aspect visuel de l'endommagement du béton de la face arrière de l'élément, exprimés comme l'écaillage ou la perforation de l'élément. Il n'y a pas de quantification de l'endommagement concernant la largeur et la profondeur de la zone endommagée ou la déformation de la dalle.

Objectif

L'objectif de la campagne d'essais, menée au laboratoire du VTT à Espoo en Finlande (référence 5), est d'évaluer l'influence de la précontrainte longitudinale bidirectionnelle et des aciers transversaux en agissant séparément et simultanément à la résistance à l'effort tranchant (poinçonnement) des dalles en béton armé sous l'impact d'un missile. Les six tests présentés dans ce document ont été effectués sur des dalles de faible élancement (l/h < 10; l est la portée et h, l'épaisseur de la dalle) impactées par des missiles durs d'une vitesse modérée (environ 100 m/s). Les variables sont le niveau de la précontrainte et la présence des aciers d'effort tranchant en forme des barres en T. Le but des tests est de comparer le degré d'endommagement des dalles en béton armé en gardant les caractéristiques du missile (masse, raideur, vitesse, diamètre et forme) constantes et en faisant varier les caractéristiques des dalles dans chaque test. Le test de référence a été effectué sur une dalle en béton armé avec uniquement des aciers longitudinaux. Dans les deux tests suivants, la précontrainte longitudinale, bidirectionnelle, a été introduite dans la configuration initiale, de même des bars de précontrainte. Les niveaux de précontrainte ont été de 5 MPa dans une dalle et de 10 MPa dans l'autre. Pour les trois tests suivants, le même ferraillage longitudinal a été utilisé en plus de ferraillage transversal en forme de barres en T. Une dalle a été ferraillée avec des aciers longitudinaux et les deux dalles restantes avec le ferraillage longitudinal et transversal et les mêmes niveaux de précontrainte. Les deux derniers tests ont été effectués pour évaluer l'effet d'ensemble de la précontrainte et du ferraillage transversal.

Résultats principaux

Les résultats sont présentés en termes d'aire de la surface écaillée et de la flèche résiduelle de la dalle. Chaque dalle testée est comparée à la dalle de référence. Les caractéristiques du missile ont été choisies pour produire un endommagement significatif de la dalle afin de faciliter les comparaisons. L'endommagement observé des dalles avec de la précontrainte (sans aciers transversaux) a été plus important que celui de la dalle de référence en béton armé. Ceci n'est pas cohérent avec les clauses réglementaires pour le chargement conventionnel. Cependant, l'endommagement des dalles avec des niveaux de précontraintes différents (5 MPa et 10 MPa) a été sans différence significative. Par ailleurs, les tests ont montré que les aciers transversaux augmentent la résistance à l'effort tranchant (poinçonnement) des dalles sous l'impact de missiles. Ce résultat concorde avec les clauses réglementaires pour le dimensionnement des dalles sous le chargement conventionnel. L'amélioration peut être constatée au niveau des deux paramètres mesurés : l'aire de la surface écaillée et la déformation de la dalle. Le ferraillage transversal agissant simultanément avec de la précontrainte augmente d'une façon significative la résistance des dalles sous l'impact pour les caractéristiques de missile données. Cependant, il a été observé que cette disposition modifie le mode de rupture de la dalle. Le cône de poinçonnement (mode de rupture habituel) a été transformé en cylindre de poinçonnement avec la surface de la base comparable à celle du missile. Des tests supplémentaires sont nécessaires pour évaluer la résistance ultime des dalles en béton précontraint avec le ferraillage transversal.

Conclusion

Les essais effectués sur des dalles en béton, armées uniquement avec des aciers longitudinaux, ont montré que l'introduction de la précontrainte longitudinale bidirectionnelle n'augmente pas leur résistance à l'effort tranchant (poinçonnement). Il peut être même constaté qu'elle la diminue. L'introduction des aciers transversaux en forme des barres en T augmente la résistance à l'effort tranchant des dalles. L'introduction simultanée de la précontrainte et des aciers transversaux augmente la résistance à l'effort tranchant d'une façon significative pour le missile et les dalles testés. Il est nécessaire d'effectuer des tests supplémentaires pour évaluer la résistance ultime des dalles en fonction de ces deux paramètres.

Références

1) George E. Sliter, Assessment of Empirical Concrete Impact Formulas, ASCE, Journal of the Structural Division, mai 1980

2) Eric Buzaud, Christian Cazaubon, Daniele Chauvel, Assessment of empirical formulae for local response of concrete structures to hard projectile impact, CONSEC'07, Tours, France

3) CSA-A23.3-04, « Design of Concrete Structures », Association canadienne de normalisation, 2004

4) ACI 318-05, « Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary », American Concrete Institute, 2005

5) DOHA, VTT Database, Impact Project, 2008

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