La résistance à l'adhérence et au glissement de câbles et de barres d'acier injectés avec différents coulis de ciment

Abstract

L'utilisation des ancrages scellés dans le roc connaît actuellement un développement important dans les travaux de boulonnage, de stabilisation ou de soutènement d'ouvrages au rocher (travaux miniers ou de génie civil). Les ancrages scellés dans le roc sont des éléments structuraux de liaison utilisés, généralement, pour transférer un effort de traction au massif rocheux encaissant Ce transfert de charge est possible parce qu'une résistance à l'adhérence ou au cisaillement est mobilisée, d'une part entre le tirant et le coulis de scellement et, d'autre part entre le coulis de scellement et le roc. De grands efforts sont ainsi actuellement entrepris pour comprendre ces mécanismes d'adhérence ou de transfert de charge, avec un accent particulier sur la relation entre le glissement du tirant scellé et la contrainte d'adhérence. En effet, l'établissement de relations contrainte d'adhérence-glissement "Bond Stress-Slip Relationships" est importante surtout pour s'en servir dans des modélisations analytiques ou numériques (par exemple: méthode des éléments finis). Dans ce contexte, une étude expérimentale en laboratoire comprenant des essais d'arrachement statique sur des modèles réduits d'ancrages a été entreprise. Deux types de tirants, de même diamètre d ≈ 15,8 mm (5/8 pouce), ont été utilisés dans ces travaux: un câble d'acier à 7 fils et une barre Dywidag crénelée. Les coulis de scellement utilisés sont des coulis de ciment usuels avec l'ajout ou la substitution au ciment des produits suivants: agent expansif (poudre d'aluminium), superplastifiant, fumée de silice et sable. Les essais d'arrachement ont été effectués soit à 3 jours ou à 28 jours afin d'examiner le comportement des câbles comparativement aux barres crénelées en termes de résistance à l'adhérence et au glissement. La résistance à l'adhérence des ancrages injectés a été investiguée selon le type de tirant et le type du coulis de scellement utilisé, de plus des relations liant la charge de rupture à la longueur ancrée de l'ancrage ont été déterminées. En termes de glissement, des relations du type contrainte d'adhérence-glissement ont été établies. Aussi le comportement à l'arrachement d'ancrages injectés dans un milieu homogène fut analysé théoriquement à l'aide d'une approche par éléments finis. Le glissement entre le tirant et le coulis a été simulé en introduisant des éléments d'interface spéciaux dont les paramètres élastiques sont tirés des relations contraintes d'adhérence-glissement dérivées empiriquement. Cette étude numérique a permis d'illustrer d'une part l'effet du glissement entre le tirant et le coulis sur la distribution des contraintes et des déformations le long de l'ancrage et d'autre part établir une comparaison des résultats obtenus aux résultats expérimentaux portant plus particulièrement sur la résistance à l'adhérence.