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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
Journées Techniques Ouvrages d’Art 2014
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
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11/06/2014 Caractérisation d’armatures en matériaux composites pour le renforcement de structures, et comportement mécanique de l’interface armature/béton
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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, …
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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
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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
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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)
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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
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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
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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)
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Essais de traction
Comportement élastique fragile
Résistances supérieures à l’acier
Modules plus faibles
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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)
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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
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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
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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
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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
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