Behavior of bonded anchors in concrete under fire

Comportement au feu des ancrages par scellement chimique dans le béton La technique des ancrages par scellement chimique consiste à sceller une tige filetée dans un trou foré dans le béton durci grâce à une résine polymère. Les principaux avantages de cette technique sont la facilité d’installation et les propriétés mécaniques élevées de la résine à température ambiante. Grâce à l’adhérence de la résine, ce type d’ancrage peut être dimensionné pour avoir des performances similaires voire supérieures de celles des autres systèmes d’ancrages (mécaniques et coulés en place). En revanche, à hautes températures, e.g. incendie, l’adhérence de la résine se dégrade rapidement menaçant la capacité de l’ancrage à supporter les charges appliquées. Cela crée un risque sur les vies et les biens dans le bâtiment. Plusieurs accidents se sont produits comme l’effondrement du Big Dig Tunnel aux USA (2006) et le tunnel Sasago au Japon (2012) qui ont montré l’importance d’avoir des méthodes d’évaluation fiables de ce type d’ancrages. L’objectif de cette thèse est d’établir une méthode d’évaluation et une méthode de dimensionnement afin d’assurer la tenue structurale des ancrages par scellement chimique en situation d’incendie. L’étude est structurée en quatre parties :i. Protocoles expérimentaux pour les essais au feu des chevilles chimiques. Des essais d’arrachements au feu ont été réalisés sur des chevilles chimiques (résine époxy). Les profils de températures le long de l’ancrage ont été déterminés expérimentalement pour différentes configurations d’essais. Ensuite, ces profils thermiques ont été exploités comme données d’entrée pour calculer la résistance des chevilles par la méthode Pinoteau (intégration des résistances). Cette étude a permis de préciser les conditions expérimentales à utiliser pour l’évaluation des chevilles chimiques au feu.ii. Proposition d’un modèle de dimensionnement basé sur des calculs thermiques en utilisant la méthode des éléments finis en 3D. Les profils de température correspondant aux différentes configurations d’un ancrage dans le bâtiment ont été calculés à l’aide des propriétés thermophysiques des matériaux Eurocode pour le béton et l’acier. La modélisation en 3D a été comparée à la modélisation en 2D plane utilisée communément dans la littérature. Les deux approches ont été comparées aux mesures expérimentales et couplées avec la méthode Pinoteau pour évaluer l’influence de la méthode de modélisation sur le résultat de l’intégration des résistances. Suite à la validation du modèle 3D, des investigations thermiques ont été conduites sur d’autres paramètres pouvant influencer les essais au feu des chevilles chimiques. Cette étude a permis de valider la méthode de calcul en 3D comme la méthode la plus représentative du problème d’une cheville chimique au feu.iii. Validation de la méthode Pinoteau pour le dimensionnement des chevilles chimiques au feu en utilisant le modèle de dimensionnement proposé précédemment. Les calculs de la résistance au feu de trois chevilles chimiques différentes ont été comparés à des essais d’arrachement. Cette étude menée sur une large gamme de tailles de chevilles a permis de valider l’utilisation de l’intégration des résistances pour le dimensionnement.iv. Etude du comportement des chevilles chimiques dans le béton fissuré à hautes températures. Une méthode d’évaluation a été développée afin de déterminer la réduction de la résistance d’adhérence liée à la fissuration du béton, à hautes températures (chauffage électrique). Des essais ont été faits sur des chevilles chimiques (résine époxy) dans le béton fissuré et non-fissuré à température ambiante et à hautes températures. La réduction de la résistance avec l’augmentation de la température a été investiguée. Cette étude a permis d’obtenir une bonne répétabilité des résultats grâce à l’augmentation du nombre d’essais et le bon contrôle du scénario thermique appliqué.