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Auteurs indexés : Andrea Armonico. Source : tel-04323449, version 1.

L’évolution des systèmes de transport au fil des ans a impliqué de grandes infrastructures, les amenant à faire face à des charges toujours plus importantes. Cependant, de nombreux événements dramatiques ont impliqué l’effondrement soudain d’infrastructures qui se sont écroulées, faisant de nombreuses victimes. Cette thèse se concentre essentiellement sur la possibilité de prévenir de tels événements, en s’appuyant sur la capacité à trouver des indicateurs de la santé d’une structure en béton armé ou non armé. Elle étudiera le comportement structurel d’une poutre en béton armé renforcée par des tissus de carbone PRF (PRFC). Sera évaluée l'utilisation d’un système de mesure innovant basé sur des systèmes de fibres optiques. A cette fin, un vaste programme expérimental a été mis en place avec le double objectif d’identifier les paramètres d’alarme et de comprendre leur lien avec les charges et la santé de l’élément structurel. Le premier groupe d’expériences est constitué de 19 poutres rectangulaires. Dans cette première partie des expériences, l’impact de paramètres spécifiques sur le comportement de l'element sera évalué. Les spécimens d’essai diffèrent par le diamètre des barres d’armature, la présence du PRFC et le moment de son application. Les résultats seront montrés une augmentation de la résistance ultime dans les poutres renforcées. Cependant, les différents pourcentages d’acier ont modifié impact sur l’impact du système de renforcement. L’influence de la préfissuration a été évaluée à la fois dans les répercussions sur les matériaux de renforcement et dans la dissipation d’énergie de la structure. Grâce aux tissus intelligents, on a pu constater que chaque fissure a une influence sur son environnement. Suite aux informations enregistrées pendant les essais, deux modèles prédictifs ont été développés. Le premier donne la valeur maximale de l’amplitude de la fissure dans une structure avec un renforcement en PRFC. Le deuxième permet de déduire l’état tensionnel de l’interface autour d’une fissure à partir de la mesure de son amplitude. La seconde phase a principalement un objectif de validation et de démonstration d’un système complet de surveillance de la sécurité des structures. Quatre poutres en béton armé avec une section en forme de T ont été préparées avec les mêmes méthodologies que celles utilisées dans la première phase. La fibre optique est insérée dans une barre en fibre de verre et noyée dans le béton. Par conséquent, un autre mode de surveillance structurelle différent du mode externe utilisé dans le renforcement intelligent a été évalué. Deux poutres ont été testées de manière monotone en flexion 4 points dans les configurations de référence et renforcée. Le composite est collé sur la face inférieure de la poutre, couvrant 10 cm de largeur sur 13 cm le long de la portée. Les résultats sont cohérents avec ce qui a été trouvé dans les poutres à section rectangulaire; cependant, une augmentation plus faible de la résistance et une amélioration de la déformabilité ont été notées. En outre, le modèle de prédiction de l’amplitude maximale des fissures a été utilisé pour évaluer son applicabilité. En parallèle, les deux autres poutres ont été soumises à des essais de fatigue en reproduisant le schéma de flexion 4 points dans les mêmes configurations que les essais monotones. Les essais de fatigue ont produit des résultats classés de la même manière que les essais monotones ; cependant, dans ce cas, un système de surveillance complet combinant la fibre optique et la surveillance sans contact a été testé. Les mesures effectuées avec les systèmes de surveillance les plus innovants ont été comparées aux instruments traditionnellement utilisés en laboratoire et ont montré une excellente fiabilité et précision. D’autre part, les effets des systèmes de renforcement doivent être considérés comme préliminaires en raison du petit nombre de spécimens testés et parce que la poutre renforcée est encore en service.

Auteurs indexés : Andrea Armonico. Source : tel-04323449, version 1.

The evolution of transport systems over the years has involved large infrastructures, leading them to cope with ever-increasing loads. However, numerous dramatic events have involved the sudden breakdown of infrastructures, due to lack of maintenance or overloads for which they were not designed, causing numerous victims. This thesis essentially focuses on the possibility of preventing such events, relying on the ability to find indicators of the health of a reinforced or unreinforced concrete structure. It will study the structural behaviour of a reinforced concrete beam strengthened with carbon FRP (CFRP) fabrics. At the same time, the use of an innovative measuring techniques based on fibre-optic systems that will be embedded between the two composite layers will be evaluated. It is intended to identify health indicators and, at the same time, evaluate the possibility of using smart composites to reinforce existing structures. In order to identify the link between materials and geometrical parameters and mechanicals properties (cracks, displacement, material strain), an extensive experimental programme was set up with the twofold aim of identifying the alarm parameters and understanding their link with the loads and the health of the structural element. The first group of experiments consists of 19 rectangular beams. In this first part of the experiments, the impact of specific parameters on the beam's behaviour will be evaluated. The test specimens differ in the diameter of rebar, the presence of CFRP reinforcement and the time of its application (i.e., intact or already cracked). The results showed an increase in ultimate strength in strengthened beams. However, the different percentage of steel enhanced that the impact of the reinforcement system was affected. Thanks to the smart fabrics, it could be seen that each crack has an influence on its surroundings (i.e. at the interface between concrete and CFRP). As a result of the information recorded during the tests, two predictive models were developed. The first, based on the formulations provided by Eurocode 2, gives the maximum crack amplitude value in a structure with CFRP reinforcement. The second makes it possible to derive the tensional state of the interface around a crack from the measurement of its amplitude. The second phase mainly had a validation and demonstration purpose for a comprehensive system to monitor structural safety. Four reinforced concrete beams with a T-shaped section and 5 m free span were prepared using the same instrument already used in the first phase. In this set of beams, the optical fibre is inserted into a glass fibre bar and embedded within the concrete. Therefore, another structural monitoring mode different from the external one used in smart reinforcement was evaluated. Two beams were monotonically tested in 4-point bending in the reference and strengthened configurations. Composite is bonded on the beam’s bottom side, covering 10 cm of 13 cm width along the span. The results are consistent with what was found in the rectangular section beams; however, a lower increase in strength and an improvement in deformability were noted. In addition, the maximum crack amplitude prediction model was used to assess its applicability. In parallel, the remaining two beams were fatigue tested by replicating the 4-point bending scheme in the same configurations as the monotonic tests. The fatigue tests produced results categorised in the same way as the monotonic tests; however, in this case, a comprehensive monitoring system combining fibre-optic and non-contact monitoring was tested. Measurements made with the most innovative monitoring systems were compared to instruments traditionally used in the laboratory and showed excellent reliability and accuracy. On the other hand, the reinforcement systems’ effects have to be considered preliminary due to the small number of specimens tested and because the reinforced beam is still in service.