Comportement à l'effort tranchant et à la flexion de poutres en béton autoplaçant léger armé d'armature en PRF de fibres de verre et de basalte

Abstract : Lightweight self-consolidating concrete (LWSCC) is being more and more widely used in different types of reinforced concrete (RC) structures due to its better structural and durability performance. No research, however, seems to have investigated LWSCC beams reinforced with fiber-reinforced polymer (FRP) bars under shear and flexural loads. In addition, present guidelines for FRP structures in North-America (ACI 440.1R-15, CSA S806-12, and CSA S6-19) do not provide guidance for LWSCC beams reinforced with FRP bars. This research takes charge of providing experimental database as well as extensive analyses and design recommendations of LWSCC beams reinforced with different FRP bars. The experimental tests were completed through two phases. The first phase was conducted to investigate the behavior and concrete shear strength of FRP-reinforced LWSCC beams. 14 full-scale RC beams were tested up to failure. The second phase included testing of 20 full-scale RC beams to investigate the flexural behavior and serviceability performance of FRP bars in LWSCC beams. The experimental results are discussed in terms of cracking behavior, deflection, flexural capacity, concrete shear strength, and mode of failure. The findings of this study indicated that the adoption of LWSCC allowed for decreasing the self-weight of the RC beams (density of 1,800 kg/m3) compared to normal weight concrete (NWC). By comparing the concrete shear strengths of the LWSCC beams with their predicted strengths based on a concrete density reduction factor (λ) of 0.75 and 0.8 in the CSA S806-12 and ACI 440.1R-15 design equations, respectively, revealed that these equations yielded good predictions of LWSCC beams reinforced with FRP bars compared to the NWC beams. In the second phase, the test results indicated that the experimental moment capacities of the LWSCC beams were in good agreement with the predictions based on design standards with an average accuracy of ≥ 90%. In addition, the predicted crack width values for LWSCC beams reinforced with FRP, using the bond-dependent coefficient (kb) values recommended by the standards, were overestimated in most cases. Thus, new values for kb have been suggested for FRP bars when used in LWSCC members. The measured deflections and the experimental values of the effective moment of inertia (Ie) were analyzed and compared with those predicted using the available models.Le béton autoplaçant (BAP) léger est de plus en plus utilisé dans différents types de structures en béton armé en raison de ses meilleures performances structurelles et de durabilité. L'utilisation de barres d’armature en polymère renforcé de fibres (PRF) non corrosives en remplacement des barres d'acier traditionnelles dans les éléments en béton a gagné la confiance et l'acceptation dans le domaine de la construction. Aucune recherche, cependant, ne semble avoir étudié les poutres en BAP léger renforcées avec des barres de PRF sous des charges de cisaillement et de flexion. De plus, les normes de conception actuelles pour les structures en béton armé de barres d’armature en PRF en Amérique du Nord (ACI 440.1R-15, CSA S806-12 et CSA S6-19) ne fournissent pas de directives pour les poutres en BAP léger armé avec des barres en PRF. Cette recherche se charge de fournir une base de données expérimentale ainsi que des analyses approfondies et des recommandations de conception des poutres en BAP léger armé avec différentes barres en PRF. Les tests expérimentaux se sont déroulés en deux phases. La première phase a été menée pour étudier les effets de différents paramètres sur le comportement et la résistance à l’effort tranchant des poutres en BAP léger armé de barres en PRF. Quatorze (14) poutres en béton armé grandeur nature ont été testées à l’effort tranchant. La deuxième phase a été conçue et préparée pour étudier le comportement en flexion et les performances de service des barres en PRF dans des poutres BAP léger. Vingt (20) poutres en béton armé grandeur nature ont été fabriquées et testées sous des charges de flexion. Les résultats expérimentaux sont discutés en termes de comportement à la fissuration, de flèche, de résistance à la flexion, de résistance à l’effort tranchant et du mode de rupture. Les résultats de cette étude ont indiqué que l'adoption du BAP léger a permis de diminuer le poids propre des poutres en béton (densité de 1 800 kg/m3) par rapport au béton normal (BN). Dans la première phase de cette thèse de doctorat, une étude théorique a été menée pour évaluer la précision des équations de calcul à l’effort tranchant poutres en BAP léger armé de PRF. Cette étude a démontré que les poutres en BAP léger armé de PRF peuvent être conçues à condition qu'un facteur de réduction de densité du béton approprié (λ) soit appliqué. L'utilisation d'un facteur de réduction de 0,75 et 0,8 dans les équations du CSA S806-12 et de l’ACI 440.1R-15, respectivement, pour considérer l'influence de la densité du béton a donné une bonne prédiction similaire à celle obtenue pour des poutres en BN armé de PRF. Dans la deuxième phase, les résultats des essais sur poutres en BAP léger armé de PRF a montré que les résistances en flexion des poutres en BAP léger en BN étaient en bon accord avec les prédictions basées sur les équations des normes de conception avec une précision moyenne ≥ 90 %. De plus, les valeurs de largeur de fissure prédites pour les poutres en BAP léger armé de PRF, en utilisant les valeurs de coefficient d’adhérence (kb) recommandées par les normes, ont été surestimées dans la plupart des cas comparativement aux valeurs expérimentales obtenues. Par conséquent, de nouvelles valeurs pour kb ont été suggérées pour les barres en PRFV et PRFB lorsque utilisées dans des structures en BAP léger. Enfin, les flèches mesurées et les valeurs expérimentales du moment d'inertie effectif (Ie) ont été analysées et comparées à celles prédites à l'aide des modèles disponibles