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Introduction générale.
Le dimensionnement des ouvrages en génie civil est conçu pour une durée de vie de plus de cent ans en moyenne. Malgré tout, plusieurs types de désordres sont responsables à réduire la durée de cette vie prévisionnelle et actuellement, plusieurs ouvrages exigent une maintenance pour garantir la sécurité des usagers.
En génie civil, la maintenance des ouvrages consiste à les protéger en limitant la corrosion ou en assurant une bonne étanchéité, à les réparer explorant à compenser les pertes de résistance dues à la fissuration, encore à les renforcer en augmentant la durabilité et les performances des ouvrages.
La maintenance des ouvrages est un problème de plus en plus ennuyant dans la mesure où les ouvrages neufs ont un coût élevé et les cas de réparation sont plus difficiles. Plusieurs techniques sont disponibles et parmi eux, l’une des plus efficace pour la réparation de structures en béton armé par le placement extérieur en acier. Néanmoins, la manipulation des plaques en acier avec la prise en compte de leur poids et également aux problèmes de corrosion ont conduit à une limitation d’utilisation de cette technique.
Depuis une dizaine d’année, une option est portée: il s’agit de la réparation ou le renforcement des structures en béton par des matériaux composites collés extérieurement sur les ouvrages dégradées. Les matériaux composites, spécialement qui sont à base de fibre de carbone, présentent un grand avantage pour la réparation.
En plus, malgré le prix élevé de ces matériaux, ils présentent un avantage économique grâce à la facilitée de son mise en place qui se fait directement sur les éléments de l’ouvrage par moulage au contact, ou encore elle est appelée par la stratification directe. Ceci provoque une réduction considérable des coûts qui sont liés aux interruptions des activités des structures réparés et encore sont liés à la manipulation des matériaux
Les matériaux composites dans le domaine du génie civil sont utilisés pour la réhabilitation et le renforcement des éléments de l’ouvrage comme les dalles, les poutres, et les colonnes. Les premières études sur cette technique de renforcement par matériaux composites dans le domaine de génie civil a été lancée en 1980, mais en 1990, la première utilisation de cette technique a été mise en scène, d’abord dans des expériences, puis sur une base commerciale.
Le confinement des poteaux en béton se fait avec des enveloppes en matériaux composites qui peuvent être à base de fibre d’aramide, de verre ou carbone. L’application de ces
enveloppes pour les poteaux améliore le confinement du béton, ainsi que sa résistance en
compression et sa ductilité.
La majorité des dommages dans les ouvrages en béton sont provoqués par des déficiences dans la construction des éléments structuraux. Bien que plusieurs causes conduisent à la nécessite de renforcer la structure citons par exemple : la rénovation des ouvrages anciennes, l’augmentation des charges qui sollicitent la structure, le changement de la forme ou de l’utilisation de la structure, etc.
Les travaux de réparation ou de réhabilitation des colonnes ont conduit à l’exploration de nouvelles techniques de renforcement à partir des techniques connues. L’intérêt de l’utilisation des chemisages par matériaux composites est la facilité d’installation et un accroissement de la durabilité comparativement au chemisage en acier.
D’abord, ce rapport va évaluer les facteurs qui influent sur le confinement des colonnes avec de matériaux composites et en particulier les matériaux composites à bases de fibres de carbone. Ensuite, le rapport va introduire trois guides avec une étude comparative qui est présentée. Cette étude est basée sur l’amélioration de la résistance en compression et de la déformation ultime avant rupture du béton confinée. La comparaison est faite entre des résultats expérimentaux, et les résultats théoriques des guides suivants (ACI 2002, ACI 2008,
et FIB bulletin 14 2002) d’une autre part.
Alors les objectifs de cette étude peuvent être résumés par une évaluation des facteurs influant sur le chemisage par matériaux composites à base de fibre de carbone, et par suite une analyse comparative entre les guides, afin de savoir les lacunes et les choses manquantes dans chacun.
Le rapport est subdivisé en cinq chapitres avec une introduction et une conclusion.
Ce travail commence par une introduction générale qui définit la problématique du sujet et en plus les objectifs recherchés.
Le chapitre 1 est consacré à traiter les causes de la dégradation du béton qui conduisent pour faire une réparation ou un renforcement pour ce dernier, et la méthodologie d’un diagnostic.
Le chapitre 2 présente les différentes techniques utilisées dans les travaux de réparation ou de renforcement des ouvrages en béton armé. Par suite, une présentation des méthodes de la mise en œuvre de chacune des techniques inscrit dans le chapitre.
Le chapitre 3 définit les matériaux composites, les propriétés mécaniques les constituants et les différentes techniques de la mise en œuvre des matériaux composites. De plus, il présente le comportement contrainte-déformation des colonnes confinées avec des « PRF » et la rupture sous une compression axiale.
Le chapitre 4 présente une comparaison entre les trois guides FIB bulletin 14 2002, ACI 440-2R 2002 et ACI 440-2R 2008, avec les résultats de trois spécimens fait dans un laboratoire.
Le chapitre 5 a pour but de souligner les facteurs qui diminuent l’efficacité du chemisage par matériaux composites à base de fibre de carbone.
A la fin, l’ensemble de ce travail est finalisé par une conclusion générale.
Chapitre 1 : La dégradation du béton
1.1. Introduction
L’étendue de la détérioration de structures en béton à l’échelle mondiale se produit à un rythme alarmant, qui défie les ingénieurs sur ce continent et dans le monde sur une base quotidienne. Cela comprend les dommages aux bâtiments, ponts, installations environnement, structures de stationnement, ainsi que d’autres structures.
Malheureusement, les coûts de réparation peuvent être énormes. Retarder les réparations se traduit généralement par des réparations coûteuses beaucoup plus tard. En outre, si la détérioration du béton ou des dommages ne sont pas abordées, certaines de ces structures éventuellement peut cesser d’être utile et la pire encore est de les échecs qui peuvent se produire.
Une compréhension de base des causes des lacunes de béton est essentielle pour procéder à des évaluations significatives et des réparations efficaces. Si la cause d’une déficience est entendu, il est beaucoup plus probable que d’un système de réparation approprié sera choisi, et que, par conséquent, la réparation sera couronnée de succès et la durée de vie maximale de la réparation sera obtenue. Réparation du béton, le renforcement et la rénovation est un immense sujet, il existe une multitude de méthodes et de matériaux disponibles pour réparer le béton.
La porosité du béton est un paramètre qui joue un rôle très important sur sa durabilité et son efficacité. Dans le cas où le béton est poreux, ce dernier sera mise en face aux agressions extérieures ce qui conduit à une diminution de sa durabilité. Les faces protectives donnent pour le béton un mécanisme de défense, surtout si le béton est bien dosé et de forte compacité, alors tous les risques d’altération seront relativement faibles.
1.2 Les différents types des dégradations.
1.2.1 Corrosion des armatures
La corrosion des armatures dans le béton est la cause la plus fréquente de la détérioration de ce dernier, et en plus de la réduction dans la capacité portante qui est le résultat de la diminution de la section efficace. Le métal oxydé peut augmenter jusqu’à 10 fois de son volume d’origine, qui résulte à des forces d’éclatement intenses dans le béton qui finira à des fissures, des décollements, et des épaufrures (Figure 1-1). La corrosion est liée à deux phénomènes distincts, ces deux derniers peuvent agir conjointement ou séparément :
- L’attaque des armatures par des chlorures.
- La carbonatation du béton.
Carbonatation du béton et l’attaque par des chlorures :
La carbonatation du béton est un phénomène chimique, où le CO2 qui est dans l’air fait une réaction avec l’hydrate de chaux (CA(OH)2) existant dans le béton, ce qui conduit à la formation de l’eau et la carbonate de calcium.
Cela provoque une diminution du PH du béton. La valeur initiale du PH est de 12.5, après la carbonatation il deviendra à peu près 9. Pour protéger le béton de ce phénomène, il est conseiller de réduire la porosité du béton, et plus il faut assurer un enrobage suffisant.
Pour l’attaque par des chlorures, ils sont des sources externes qui attaquent le béton (l’eau de mer, les embruns,….), ou internes (granulats marins mal lavés….). Les ions chlore (Cl-) réagissent avec les ions de fer, pour faire dissoudre ces derniers dans les armatures.
