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Journées Techniques Ouvrages d’Art 2014

Caractérisation d’armatures en matériaux composites pour le renforcement de structures,

et comportement mécanique de l’interface armature/béton

Arnaud ROLLAND, Karim BENZARTI,

Marc QUIERTANT, Pierre ARGOUL,

Sylvain CHATAIGNER, Aghiad KHADOUR


11/06/2014 Caractérisation d’armatures en matériaux composites pour le renforcement de structures, et comportement mécanique de l’interface armature/béton

A. ROLLAND, K. BENZARTI, M. QUIERTANT, P. ARGOUL, S. CHATAIGNER, A. KHADOUR 2

Introduction

Problématique liée à la corrosion des ouvrages en béton armé

Parc d’OA vieillissant

Dépenses importantes en maintenance et réparations




Introduction

Solution alternative innovante Armatures en joncs Polymères Renforcés de Fibres (PRF)

– Supprime totalement le problème de corrosion

– Vise à prolonger la durée de vie des ouvrages

– Réduction des coûts de maintenance des ouvrages

Différents produits commercialisés

– Fibre de verre, carbone, aramide, basalte, …




Introduction

Normes et recommandations existantes

Canada : CSA-S806-02 CSA-S6-06 CSA-S-807-10 CSA-S806-12 ISIS…

USA : ACI 440.1R-01 ACI 440.1R-03 ACI 440.3R-04 ACI 440.1R-06 ACI 440.5-08 ACI 440.6-08

Europe : Eurocrete Project – 96 Institutions of structural Engineers (UK) – 99 Sweedish National Code for FRP RC – 99 CNR DT 203/2006 (IT) - 06 FIB Bulletin 40 - 07 FIB Bulletins 65 & 66 - 10




Introduction

Quelques OA existants Pont de Wotton – Québec (2002)

– Tablier renforcé par PRF verre et carbone

Première passerelle piétonne d’Europe entièrement renforcée par PRF (Royaume-Uni - 1996)

Environ 100 ponts/an renforcés

par armatures PRF au Canada




Introduction

Problématiques

Caractéristiques mécaniques

– Comportement élastique fragile

– Matériaux généralement moins rigides que l’acier

Durabilité

– Effets de la température

Dilatations différentielles, transition

vitreuse de la matrice polymère

– Environnement du béton (humidité, alcalins)




Programme d’étude

Propriétés physico-chimiques

Analyses thermiques (DSC), dilatométrie

Propriétés mécaniques

Comportement en traction

Résistance en cisaillement interlaminaire

Etude des mécanismes d’interface

Etude de durabilité




Echantillons étudiés

Armatures PRF verre Pultrall®, Canada – GLASS, armatures sablées ou non sablées

Armatures PRF carbone Sireg®, Italie – CARBO, armatures sablées ou non sablées

Armatures PRF aramide Sireg®, Italie – ARA1, armatures sablées ou non sablées

Armatures PRF aramide Fibex®, Japon – ARA2, armatures sablées ou non sablées

Armatures pultrudées

Armatures tressées




Essais de traction

Protocole expérimental 1ère rampe entre 0 et 50 kN avec extensomètre (10 mm/min)

2ème rampe jusqu’à rupture (sans extenso)

Ancrages spécifiques Tubes d’acier (longueur 20 cm) + mortier expansif

Echantillons testés (longueur 1,20 m) 5 armatures PRF GLASS (Ø 12,7 mm)

2 armatures PRF CARBO (Ø 7,5 mm)

2 armatures PRF ARA1 (Ø 7,5 mm)



A. ROLLAND, K. BENZARTI, M. QUIERTANT, P. ARGOUL, S. CHATAIGNER, A. KHADOUR

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Essais de traction

Comportement élastique fragile

Résistances supérieures à l’acier

Modules plus faibles




Résistance en cisaillement interlaminaire Short Beam Test

Norme ASTM D4475

Ancrages spécifiques pour échantillons cylindriques

Vitesse de déplacement : 1 mm/min

Travée : 5Ø (configuration apportant le moins de dispersion)

Effort ultime : F

Résistance en cisaillement interlaminaire : R = 0,849 P/d2

Echantillons testés 3 armatures GLASS (Ø 12,7 mm)

3 armatures CARBO (Ø 13,5 mm)




Résistance en cisaillement interlaminaire Résultats

GLASS : R = 45,62 ± 1,01 MPa

CARBO : R = 32,27 ± 0,82 MPa

Meilleure adhérence fibre/matrice sur armature GLASS




Essais d’arrachement (Pull-out) Procédure

Norme ACI 440.3R-04

Armatures scellées sur 6 x diamètre d

Extrémité chargée : 1,2 mm/min

Extrémité libre : déplacement suivi par capteur laser

Paramètres étudiés Matériau

Diamètre

Traitement de surface




Essais d’arrachement (Pull-out) Résultats

Meilleure adhérence des armatures PRFV

Augmentation de la résistance avec le diamètre

Efficacité significative du sablage




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Etudes complémentaires en cours Etude locale de l’interface armature/béton par fibre optique

Essais d’arrachements sur éprouvettes instrumentées par fibre optique

Evaluation de la longueur d’ancrage




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Etudes complémentaires en cours Développement d’un

modèle de comportement

d’interface




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Etudes complémentaires en cours Campagne de durabilité sur PRF verre

Vieillissements accélérés d’éprouvettes en milieu alcalin

Températures 20, 40 , 60 °C (jusqu’à 240 jours)

Objectif : Evaluer et prédire l’évolution des propriétés à long terme

Mieux appréhender la durabilité d’un

matériau novateur dans le génie civil




Conclusion

Mise au point d’une méthodologie de caractérisation physico-chimique et mécanique d’un matériau alternatif à l’acier

Meilleure connaissance du comportement des armatures PRF et de leur interface avec le béton à travers une approche expérimentale et théorique

Campagne de durabilité en cours…

Merci de votre participation

Arnaud ROLLAND, Karim BENZARTI,

Marc QUIERTANT, Pierre ARGOUL,

Sylvain CHATAIGNER, Aghiad KHADOUR

Contact :

[email protected]

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