LES RENFORCEMENTS PAR ARMATURES CARBONE COLLEES … · 2016. 12. 2. · Les yles d’une durée de...

LES RENFORCEMENTS PAR ARMATURES CARBONE

COLLEES Emmanuel FERRIER

Professeur, Université LYON 1

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PLAN

• L’historique

• Les différents dispositifs (tissus, lamelles etc…)

• Les avis techniques

• Les principes de fonctionnement

• Comment peut-on s’assurer de la bonne efficacité du dispositif

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PLAN

• L’historique

• Les différents dispositifs (tissus, lamelles etc…)

• Les avis techniques

• Les principes de fonctionnement

• Comment peut-on s’assurer de la bonne efficacité du dispositif

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Introduction : Exemple de Pathologies de Structures

Protéger

Réparer

Renforcer

• Assurer l'étanchéité • Limiter la corrosion

• Compenser les pertes en rigidité • Augmenter la résistance

• Améliorer les performances • Améliorer la durabilité de l'ouvrage

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Stratégie de renforcement

Temps Temps

Renforcement Réparation

Perf

orm

ance

Perf

orm

ance

Nouveau minimum

Nouveau minimum

Augmentation de La demande

Acc

iden

t

Déf

aut

de

dei

sgn

Au

jou

rd'h

ui

Du

rée

de

vie

Minimum de design Minimum de design

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Procédés Technologiques de Réparation

Traitement du matériau

Traitement structural

• Injection des zones fissurées • Ragréage • Peinture

• Béton projeté Venuat (1982), Resse (1982) • Placage et collage de tôle acier Hermite (1967), Bresson (1971) • Précontrainte additionnelle par câbles d'acier Poineau (1985) • Réparation par composite

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Collage de tôles d’acier

Groupe TAI

8

Il y a 20 ans…

9

Renforcement par Polymère renforcé de fibres

Renforcement par PRF

10

Renforcement par PRF

Exemples USA, Japon, France

11

Renforcement des ponts, Pantelides USA

12

Exemples USA

FHWA, 2007 H. Fukuyama, 1999

13

Exemples USA

14

Exemples USA

15

Aujourd’hui…

16 Source : Sika

Renforcement par PRF

17

Renforcement d’ouvrage d’exception par PRF

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Renforcement par PRF

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Source Travaux, mai-juin 2015

Exemples France Barrage du Chambon

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• Les principes de fonctionnement

• Comment peut-on s’assurer de la bonne efficacité du dispositif

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Carbone Glass E

Fil de liage

Mèche de fibres

Fil de liage

Mèche de fibres

30% < %volume < 60%

Fibres

Fibres

+ = PRF

Qu’est-ce qu’un PRF?

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protection

Couche d’imprégnation

fibres

Couche d’imprégnation

Primaire

Support en béton

Doc. Hamkuk ind.

Qu’est-ce qu’un PRF?

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PRF stratifié au contact

Utilisation d’un tissus souple

Imprégnation du tissus et du support

Collage sur le support

Epoxy

Rouleau ébulleur

Polymère joue le rôle

de l’adhésif et de

résine d’imprégnation

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Utilisation de lamelle pultrudés

Utilisation d’une colle époxy

chargée

Collage sur support béton

Peu flexible, pour support plan

PRF pultrudé collé

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Recommandations et Règles de calcul existantes

• Renforcement de poutres (flexion, effort tranchant)

• Renforcement de poteaux

• Renforcement de dalles

Recommandations AFGC

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Recommandations AFGC

36 personnes, 111 pages

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Avis Technique

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Avis Technique

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FRP, trois effets…

32

FRP, trois effets…

32 Source : INTERBAU

dpu

hc

f

cd

dcc

fkkk

f

f

,

1

',

33

h

0,8z d

Ts

Tf ef

es As

Af

or

Ts

Tf

L'équilibre du moment fléchissant interne par rapport à un moment externe appliqué: Moment interne supplémentaires grâce au PRF

Effet 1 : augmentation de la résistance à la flexion

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Effet 1 : augmentation de la résistance à la flexion

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 5 10 15 20 25

Effo

rt [

da

N]

Flèche [mm]

Effort - Déplacement

Flexion carbone 1 couche Flexion Carbone 2 couches Flexion Carbone 4couches

Flexion Carbone 1 couche n°2 Flexion Carbone 2 couches n°2 Flexion Carbone 4 couches n°2

Flexion référence

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Effet 2 : augmentation de la résistance au cisaillement

Externally-bonded carbon FRP sheets for shear strengthening of a reinforced

concrete bridge girder

Vf

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Efficacité des renforts composites dans le cas de

l’effort tranchant

Af

Af

Af

Af

2000 mm 1 cm

Composite 1 plaque largeur 50 mm épaisseur 1.2 mm

150 mm

25

0 m

m

Plaque composite épaisseur 1.2 mm, espacement 100 mm, largeur 50 mm

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

0 5 10 15 20 25 30

Flèche (mm)

Ch

arg

e (

daN

)

Poutre 1 (témoin)

poutre 2

poutre 3

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Conditions de fissuration, distance minimum entre deux renforts sf < (h - lanc)

Equation Equilibre : Vu = Vf + ( Vs )

La partie supérieur du renfort textile n’est pas prise en compte

) .( .

.

anc

f f f f

f l h

s

f A V -

g

d

f

s

A e a 9 , 0 . .

g

Af Af Af Af

h

lanc

h-lanc

sf

h

t

Vs =

Efficacité des renforts composites dans le cas de l’effort tranchant

CAS DE LA COMPRESSION

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Renforcement vis-à-vis de sollicitations sismiques / Mise en conformité

Rupture d’une colonne lors d’un séisme

Taiwan, 21/9/1999 Renforcement par confinement

(compression & effort tranchant)

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Réparation de colonnes en B.A. par placage externe de composites [ISIS, 1997]

Aspect durabilité

Renforcement par placage externe de PRF

41

Pont d’étagement de Saint-Étienne-de-Bolton Autoroute 10, été 1996

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s

y

s

b

cobu

fA

fAN

gg

9.0

'

s

y

s

b

ccb

u

fA

fAN

gg

9.0

'

BAEL

: Résistance ultime du béton

: Limite élastique de l’acier

: Section de béton

: Section d’acier

: Coefficient de sécurité béton

: Coefficient de sécurité acier

: Coef. de sécurité / flambement

'

cof

yf

bA

sA

bg

sg

Méthode proposée

: Résistance ultime du béton confiné '

ccf

Prise en compte d’une résistance ultime corrigée pour le béton

Renforcement par placage externe de PRF, méthode de calcul

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fullu Ef e

f

p

l Er

ntE

'

co

lu

cf

fI

Module de confinement

Pression de confinement

Indice de confinement

5020 ' cof 20050 ' cof

4/1'1

5.9

cofk 54.31 k

cccobcc Ikff 1

'' 1

'

cof Résistance du béton

b : Coef. de performance béton

c : Coef. de performance composite

8.0c9.0b

Vérification à l’ELU

s

y

s

b

ccb

u

fA

fAN

gg

9.0

'

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PLAN

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« …Sur du long terme, durabilité…? »

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Designation Size [mm]

L0 190

L1 101.3

L2 86.2

L 12.7

h 2 x 1.2

b1 25

c 2.5

hT 1

LT 40

La résistance au cisaillement interlaminaire est obtenue par la norme ASTM D3165 de. Le principe du test correspond à essai simple- cisaillement.

Designation Size [mm]

L3 250

L2 150

b1 15

L0 50

h 1,2

LT 50

hT 1

Les essais de traction ont été réalisées avec la norme européenne NF EN ISO 527-5 utilisé pour unidirectionnel polymère renforcé de fibres.

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Les cycles d’une durée de 4h se composent de 4 phases définies comme suit : Exposition à l’eau en pluie artificielle (30 min) : L’eau utilisée est de l’eau déminéralisée à un pH de 7 ±0,2 et une température de 20°C ± 5°C. Exposition au froid (1h) : Les éprouvettes sont soumises à une température de -20°C ± 2°C. Exposition à la chaleur et à l’humidité (1h) : Les éprouvettes sont soumises à une ambiance d’une température de 55°C ± 2°C et une humidité relative de 95% ± 5%. Exposition à la chaleur sèche et au rayonnement actinique (1h20) : L’enceinte est maintenue à une température de 60°C ± 2°C et une humidité relative de 20% ± 5%. Une pause de 10 min permet à l’enceinte de revenir aux conditions initiales.

Vieillissement accéléré normalisé

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τmoy

[MPa]

Sample

before aging 11.69

Sample

after aging 14.15

Comparison × 1.21

ff [MPa] Ef [MPa]

Sample

before aging 3195 179781

Sample

after aging 3158 172000

Comparison × 0,988 × 0,957

Vieillissement accéléré normalisé

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« …des retours d‘expérience de 10 ans… »

50

« …des retours d‘expérience de 10 ans… »

51

« …des retours d‘expérience de 10 ans… »

52

« …Sur du court terme, contrôle de l’application…? »

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Contrôle de l’état de surface du béton

54

Préparation de surface Marouflage

Contrôle de l’application

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Mélange de la résine

Ajout du durcisseur

Contrôle de l’application

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Contrôle de l’application

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Contrôle de l’application

58

«…Contrôle in-situ… »

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« …Sur un moyen terme, formation des utilisateurs…? »

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http://www.iifc-hq.org/iifc-free-webinars-on-the-use-of-frp-in-the-construction/

« …Former les ingénieurs de demain : séminaire en ligne… »

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La lenteur du développement de la technologie est le résultat d'un certain nombre de raisons: • absence de codes de conception; • manque d'ingénieurs structures maitrisant l’utilisant des matériaux de PRF; •manque de connaissances générales sur les propriétés des matériaux de PRF; • un besoin d’innovation pas toujours en relation avec les préoccupations premières.

CONCLUSIONS

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MERCI de votre attention…