Contribution à la modélisation numérique des bétons de fibre en flexion

Abstract

La fissuration du béton dû à la haute la température et la réduction de l'humidité atmosphérique tel que le climat de notre région d'Ouargla en Algérie est l'un des problèmes les plus dérangeants que les chercheurs peinent à trouver la solution pour l'éliminer ou le réduire. Une des solutions découvertes est de renforcer le béton avec des fibres qui peuvent jouer un rôle dans l'amélioration de la résistance du béton en résistance à la traction, au cisaillement, à la flexion et au retrait. En outre, les fibres peuvent jouer un autre rôle dans la réduction de la largeur de la fissure bien qu'elle n'ait pas d'effet significatif sur la résistance à la compression. La fonction la plus importante des fibres est ce qui augmente la ductilité / ténacité du béton puisqu'elle transforme le mécanisme de défaillance d'un mode de défaillance catastrophique soudain en mode progressif de défaillance. Le but principal de cette thèse est de caractériser le comportement du béton renforcé par des fibres de palmier sous l'effet de charges externes. Ce comportement sera étudié en utilisant la méthode des éléments finis non linéaire tridimensionnelle (3 D) dans laquelle le logiciel commercial Ansys a été utilisé comme outil de modélisation. Afin de montrer l'effet des fibres, le béton fibre a été modélisé en le considérant comme un matériau isotrope homogène. La non-linéarité, par rapport à la souche de compression de béton a été considérée, cette relation contrainte-déformation non linéaire se compose de deux parties, un comportement linéaire jusqu'à atteindre 30 % de la résistance à la compression du béton et ensuite le comportement non linéaire commence jusqu'à la rupture. Une autre fonction continue a été utilisée pour simuler le comportement de traction de béton avant et après la fissuration. Une étude paramétrique a été réalisée pour obtenir les caractéristiques de matériau du béton fibre (fibres de palmier dattier), avec des pourcentages en volume compris entre 0,2% et 0,5% d'étapes égales 0,1% et 0,06 m longueur de fibres. Cinq poutres de béton ont été modélisées et testées expérimentalement. Les résultats indiquent que pour les poutres avec béton renforcé avec 0,4% de fibre, la charge de rupture maximale a été enregistrée et une rupture progressive et des comportements plus ductiles ont été observés. L'étude expérimentale a été réalisée par notre laboratoire de recherche EVRNZA à l'université d'Ouargla Algérie Les résultats obtenus à partir de la méthode des éléments finis étaient proches des résultats expérimentaux. Il a été constaté que l'utilisation des fibres de palmier n'a pas significativement augmenté la résistance à la flexion, car cette fibre de palmier est un matériau naturel faible, ce qui conduira à diminuer légèrement la résistance à la compression du béton. L'importance de cette recherche est qu'elle montre la capacité à utiliser la méthode des éléments finis pour simuler les poutres de béton renforcées avec des fibres de palmier et détermine l'emplacement des fissures, des défaillances et des déflexions maximales sans la nécessité des essais expérimentaux qui pourraient nécessiter plus d'effort, le temps et le coût.

Concrete cracking due to high temperature and reducing atmospheric humidity such as the climate of our region Ouargla Algeria is one of the most derangants problems that researchers struggle to find the solution to eliminate or reduce it. One of the discovered solutions is to reinforce the concrete with fibers that can play a role in the enhancement of the concrete strength in tension, shear, flexural, and shrinkage cracking resistance. Moreover, the fibers can play other role in reducing the width of the crack although it does not have a significant effect on compressive strength. The most important function of fibers is that increases the ductility/toughness of the concrete since it transforms the failure mechanism from sudden catastrophic failure mode to gradually progressive failure mode. The main goal of this Thesis is to characterize the behavior of the concrete reinforced with palm fibers under the effect of external loads. This behavior will be investigated by using the three dimension ffal (3D) nonlinear finite element method where Ansys commercial software was used as a modeling tool. In order to show the effect of the fibers both the plain and reinforced concrete were modeled considering them as a homogeneous isotropic material. The concrete nonlinear stress strain relation was considered this nonlinear stress strain relation consists of two parts; a linear behavior until reaching to 30% of the concrete compressive strength and then the nonlinear behavior starts until failure. Another continuous function was used to simulate the tension behavior of concrete before and after the cracking. A parametric study was performed to obtain the material characteristic of fiber (Palm fibers) reinforced concrete with volume percentages between 0.2% and 0.5% with 0.1% equal steps and 0.06 m length fibers. Five concrete bundles were modeled which were previously experimentally tested. Results indicated that for the beams with concrete reinforced with 0.4% fiber, the maximum failure load was recorded and a progressive failure and more ductile behaviors were observed .The experimental study was conducted by our research laboratory EVRNZA at the University of Ouargla Algeria. Results obtained from the finite element method were close to the experimental results. It was found that the usage of the Palm fibers not significantly enhanced the flexural resistance because this Palm fiber is a weak natural material, which will lead to slightly decrease the concrete compressive strength. The importance of this research is that it shows the ability of using the finite element method to simulate the concrete beams reinforced with Palm fibers and determines the location of cracking, failure loads, and maximum deflection without the need of the experimental tests that might need more effort, time and cost.