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LES RENFORCEMENTS PAR ARMATURES CARBONE
COLLEES Emmanuel FERRIER
Professeur, Université LYON 1
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2
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
![Page 3: LES RENFORCEMENTS PAR ARMATURES CARBONE COLLEES … · 2016. 12. 2. · Les yles d’une durée de 4h se omposent de 4 phases définies omme suit : Exposition à l [eau en pluie artifiielle](https://reader033.vdocuments.fr/reader033/viewer/2022052021/603615b45ab609002e3c4e03/html5/thumbnails/3.jpg)
3
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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4
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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5
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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6
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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7
Collage de tôles d’acier
Groupe TAI
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8
Il y a 20 ans…
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9
Renforcement par Polymère renforcé de fibres
Renforcement par PRF
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10
Renforcement par PRF
Exemples USA, Japon, France
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11
Renforcement des ponts, Pantelides USA
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12
Exemples USA
FHWA, 2007 H. Fukuyama, 1999
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13
Exemples USA
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14
Exemples USA
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15
Aujourd’hui…
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16 Source : Sika
Renforcement par PRF
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17
Renforcement d’ouvrage d’exception par PRF
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18
Renforcement par PRF
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19
Source Travaux, mai-juin 2015
Exemples France Barrage du Chambon
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20
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
![Page 21: LES RENFORCEMENTS PAR ARMATURES CARBONE COLLEES … · 2016. 12. 2. · Les yles d’une durée de 4h se omposent de 4 phases définies omme suit : Exposition à l [eau en pluie artifiielle](https://reader033.vdocuments.fr/reader033/viewer/2022052021/603615b45ab609002e3c4e03/html5/thumbnails/21.jpg)
21
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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22
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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23
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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24
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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25
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
![Page 26: LES RENFORCEMENTS PAR ARMATURES CARBONE COLLEES … · 2016. 12. 2. · Les yles d’une durée de 4h se omposent de 4 phases définies omme suit : Exposition à l [eau en pluie artifiielle](https://reader033.vdocuments.fr/reader033/viewer/2022052021/603615b45ab609002e3c4e03/html5/thumbnails/26.jpg)
26
Recommandations et Règles de calcul existantes
• Renforcement de poutres (flexion, effort tranchant)
• Renforcement de poteaux
• Renforcement de dalles
Recommandations AFGC
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27
Recommandations AFGC
36 personnes, 111 pages
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28
Avis Technique
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29
Avis Technique
![Page 30: LES RENFORCEMENTS PAR ARMATURES CARBONE COLLEES … · 2016. 12. 2. · Les yles d’une durée de 4h se omposent de 4 phases définies omme suit : Exposition à l [eau en pluie artifiielle](https://reader033.vdocuments.fr/reader033/viewer/2022052021/603615b45ab609002e3c4e03/html5/thumbnails/30.jpg)
30
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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31
FRP, trois effets…
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32
FRP, trois effets…
32 Source : INTERBAU
dpu
hc
f
cd
dcc
fkkk
f
f
,
1
',
![Page 33: LES RENFORCEMENTS PAR ARMATURES CARBONE COLLEES … · 2016. 12. 2. · Les yles d’une durée de 4h se omposent de 4 phases définies omme suit : Exposition à l [eau en pluie artifiielle](https://reader033.vdocuments.fr/reader033/viewer/2022052021/603615b45ab609002e3c4e03/html5/thumbnails/33.jpg)
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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34
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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35
Effet 2 : augmentation de la résistance au cisaillement
Externally-bonded carbon FRP sheets for shear strengthening of a reinforced
concrete bridge girder
Vf
![Page 36: LES RENFORCEMENTS PAR ARMATURES CARBONE COLLEES … · 2016. 12. 2. · Les yles d’une durée de 4h se omposent de 4 phases définies omme suit : Exposition à l [eau en pluie artifiielle](https://reader033.vdocuments.fr/reader033/viewer/2022052021/603615b45ab609002e3c4e03/html5/thumbnails/36.jpg)
36
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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37
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
![Page 38: LES RENFORCEMENTS PAR ARMATURES CARBONE COLLEES … · 2016. 12. 2. · Les yles d’une durée de 4h se omposent de 4 phases définies omme suit : Exposition à l [eau en pluie artifiielle](https://reader033.vdocuments.fr/reader033/viewer/2022052021/603615b45ab609002e3c4e03/html5/thumbnails/38.jpg)
CAS DE LA COMPRESSION
![Page 39: LES RENFORCEMENTS PAR ARMATURES CARBONE COLLEES … · 2016. 12. 2. · Les yles d’une durée de 4h se omposent de 4 phases définies omme suit : Exposition à l [eau en pluie artifiielle](https://reader033.vdocuments.fr/reader033/viewer/2022052021/603615b45ab609002e3c4e03/html5/thumbnails/39.jpg)
39
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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40
Réparation de colonnes en B.A. par placage externe de composites [ISIS, 1997]
Aspect durabilité
Renforcement par placage externe de PRF
![Page 41: LES RENFORCEMENTS PAR ARMATURES CARBONE COLLEES … · 2016. 12. 2. · Les yles d’une durée de 4h se omposent de 4 phases définies omme suit : Exposition à l [eau en pluie artifiielle](https://reader033.vdocuments.fr/reader033/viewer/2022052021/603615b45ab609002e3c4e03/html5/thumbnails/41.jpg)
41
Pont d’étagement de Saint-Étienne-de-Bolton Autoroute 10, été 1996
![Page 42: LES RENFORCEMENTS PAR ARMATURES CARBONE COLLEES … · 2016. 12. 2. · Les yles d’une durée de 4h se omposent de 4 phases définies omme suit : Exposition à l [eau en pluie artifiielle](https://reader033.vdocuments.fr/reader033/viewer/2022052021/603615b45ab609002e3c4e03/html5/thumbnails/42.jpg)
42
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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43
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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44
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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« …Sur du long terme, durabilité…? »
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46
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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47
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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48
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… »
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50
« …des retours d‘expérience de 10 ans… »
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« …des retours d‘expérience de 10 ans… »
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52
« …Sur du court terme, contrôle de l’application…? »
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Contrôle de l’état de surface du béton
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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
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«…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…