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Institut des Sciences Appliquées et Économiques - Université libanaise

ISAE – Cnam Liban

Centre du Liban associé au

Conservatoire national des arts et métiers – Paris

‘Information et communication pour l'ingénieur Génie Civil’ –ENG 222

Sujet:

Méthodes de réparation et de protection des

ouvrages en béton armé.

Candidat : Joseph Abou Zeid

Numéro du dossier : 8254 f

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Liste des figures

FIGURE 1: JAUGE GINGER CEBTP - FISSUROMETRE DIGITAL ..................................... 11

FIGURE 2: TEST CHOC-ECHO AVEC APPAREIL OLSON'S NDE 360 ............................................. 12

FIGURE 3: SCLEROMETRE A BETON W-M-250 DE JAMES .......................................................... 14

FIGURE 4: DETECTION PAR FENETRES ET RESULTATS ................................................................ 14

FIGURE 5: GRAPHIQUE ENROBAGE-CARBONATATION ............................................................... 16

FIGURE 6: DEGAGEMENT DES ARMATURES SELON LA NORME NF P 95.101 .............................. 17

FIGURE 7: GAUCHE A DROITE; ACIERS DEGAGES, APPLICATION DU MORTIER, FINISSAGE PAR

TALOCHE ................................................................................................................................... 18

FIGURE 8: PROJECTION PAR VOIE HUMIDE FIGURE 9: : PROJECTION PAR VOIE SECHE ........... 19

FIGURE 10: FEUILLE DE POLYMERE RENFORCE DE FIBRE DE CARBONE ...................................... 22

FIGURE 11: RESUME DES METHODES DE PROTECTIONS ............................................................. 24

FIGURE 12: CATEGORIES DES INHIBITEURS DE CORRSION ......................................................... 26

FIGURE 13: EXEMPLE DE REVETEMENT DES SURFACES .............................................................. 27

FIGURE 14: APPLICATION DE MEMBRANE ELASTOMERE ............................................................ 28

FIGURE 15: LA PROTECTION CATHODIQUE AU MOYEN D'ANODES SACRIFICIELLES OU A COURANT

IMPOSE ...................................................................................................................................... 29

FIGURE 16: AVANT & APRES ................................................................................................... 31

Liste des tableaux

TABLEAU 1: CLASSIFICATION GENERALE DES PATHOLOGIES LIEES AU BATIMENT (SOURCE J.

MONJO- CARRIO, 2011) .............................................................................................................. 8

TABLEAU 2: LE CATALOGUE DES CONDITIONS DE SERVICE ET D’EXPOSITION ........................... 10

TABLEAU 3: RESULTATS D'ESSAIS D'AUSCULTATION SONIQUE DES BETONS-(CEBTP) ............. 13

TABLEAU 4: TABLEAU COMPARATIF (RAGREAGE V/S BETON PROJETE) .................................... 20

TABLEAU 5: COMPARATIF DE LA FIBRE DE CARBON AVEC L'ACIER ........................................... 21

TABLEAU 6: DIFFERENCES PRINCIPALES ENTRE METHODES D'ENTRETIEN ELECTROCHIMIQUES 32

TABLEAU 7: ETUDE COMPARATIVES DES METHODES DE PROTECTION ....................................... 32

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Table de matière INTRODUCTION ................................................................................................................................. 5

CHAPITRE 1. NECESSITE DE LA REPARATION DES OUVRAGES ....................................... 6

1. PATHOLOGIE : ALTERATIONS DU BETON ARME ............................................................................ 6

1.1 Carbonatation .......................................................................................................................... 6

1.2 Pénétration des chlorures ........................................................................................................ 6

1.3 Corrosions des armatures ....................................................................................................... 6

1.4 Alcali-réactions ....................................................................................................................... 7

1.5 Autres Défauts apparents ........................................................................................................ 7

1.6 Défauts dus aux sollicitations : ............................................................................................... 7

2. CONCLUSION SUR LES PATHOLOGIES ............................................................................................ 8

CHAPITRE 2. EVALUATION ET DIAGNOSTIC ........................................................................... 9

1. LA PROCEDURE DE L'ENQUETE ..................................................................................................... 9

2. CONDITIONS DE SERVICE ET D'EXPOSITIONS .............................................................................. 10

3. TYPES D’INVESTIGATIONS .......................................................................................................... 11

3.1 Investigations non-destructives ............................................................................................. 11

3.2 Investigations destructives ..................................................................................................... 15

4. CONCLUSION SUR LE DIAGNOSTIC .............................................................................................. 16

CHAPITRE 3. REPARATION DES OUVRAGES EN BETON ARME ....................................... 17

1. REPARATION DES SURFACES ....................................................................................................... 17

1.1 Dégagement des armatures ................................................................................................... 17

1.2 Le ragréage ........................................................................................................................... 18

1.3 Le béton projeté ..................................................................................................................... 19

1.4 Etude comparative (Ragréage avec passivant v/s Béton projeté) ......................................... 20

1.5 Tissus de fibres de carbone ................................................................................................... 21

2. CONCLUSION SUR LA REPARATION ............................................................................................. 23

CHAPITRE 4. PROTECTION DES OUVRAGES EN BETON ARME ....................................... 24

1. PROTECTION DES SURFACES ....................................................................................................... 25

1.1 Imprégnation ......................................................................................................................... 25

1.2 Inhibiteurs de corrosion ........................................................................................................ 26

1.3 Les Revêtements ..................................................................................................................... 27

1.4 Membrane élastomères .......................................................................................................... 28

2. PROTECTION PAR METHODES ELECTROCHIMIQUES .................................................................... 29

2.1 Protection Cathodique ........................................................................................................... 29

2.2 Déchloruration ...................................................................................................................... 30

2.3 Ré-Alcalinisation ................................................................................................................... 31

2.4 En Résumé ............................................................................................................................. 32

CONCLUSION ................................................................................................................................... 33

REFERENCES .................................................................................................................................... 34

ANNEXE A-RENFORCEMENT EN FLEXION PAR TISSUS FIBRE DE CARBONE

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Introduction

Durant la conception et la construction d’un ouvrage de génie civil, un des points du

cahier des charges est la durée d’utilisation de cet ouvrage. La durabilité des ouvrages en

béton armé, qui peut être définie comme étant leur capacité d’assurer la tenue en service

prévue, est une caractéristique très importante, car c’est la garantie d’une sécurité et d’une

durée de services accrus de ces ouvrages. Cette durabilité assure également une économie

considérable sur le long terme, car de tels ouvrages nécessiteront peu ou pas de réparations,

économisant ainsi les coûts de réparation, qui peuvent être très élevés, et peuvent même

dépasser les coûts initiaux de construction.

Ces ouvrages sont nécessaires au bon fonctionnement de notre société, car ce sont des

éléments facilitant ou améliorant la vie des usagers. Pour leur permettre de remplir leur rôle,

il est nécessaire de s'assurer de leur bon état et dans le cas contraire les réparer. Il est

nécessaire que les structures en béton armé soient capables de reprendre les efforts qui leur

sont appliqués tout au long de leur vie. Cependant les ouvrages subissent des altérations dues

au temps mais aussi à l’environnement auquel ils sont exposés.

C'est dans ce contexte que s'inscrit le diagnostic d'un ouvrage. À partir du moment où

des pathologies apparaissent, même si cela ne remet pas en cause la stabilité de l'ouvrage, il

est important de diagnostiquer d'une part leurs causes, mais leurs ampleurs.

Une fois les causes et les pathologies sont diagnostiquées, il est nécessaire de prévoir

une réhabilitation pour rétablir les caractéristiques physiques et mécaniques initiales de la

structure. En outre, pour retarder ou limiter des pathologies similaires, il est possible de

protéger la structure par différents moyens, selon les différentes pathologies et la durée de

pérennisation espérée.

Ces expertises se développent de plus en plus au Liban, notamment du fait d'une

volonté des pouvoirs politiques syndicales et des ingénieurs, de s'inscrire dans un schéma de

développement durable, à savoir, pérennisé l'existant et blanchir leur réputation après que

plusieurs bâtiments dysfonctions et dangereux sont effondrés sous l’attention des médias dans

différentes régions du pays. Ce qui a stimulé la conscience du public et des usagers et les a

poussé à consulter des experts ingénieurs pour diagnostiquer leurs propres maisons, bureaux,

hôpitaux…

Dans cette optique, on tend à concentrer cette recherche sur les méthodes de

restauration et de protection des ouvrages en béton armé. Dans un premier temps, on

présentera une rémunération et une description restreintes des pathologies du béton les plus

courantes, ce qui montrera la nécessité des travaux de réparation, ensuite on discutera la

détection des problèmes, en exposant les modes et types d’investigations et diagnostiques de

ces pathologies.

On s’intéressera le plus aux méthodes de réparation, leurs historiques, techniques

d’application, domaines d’action et différents matériaux utilisés. D’ailleurs, ça sera cultivant

de comparer quelques méthodes de point de vue efficacité et usage au Liban. Pour finir, on

montrera l’importance de protéger les ouvrages contre futures pathologies, et les différentes

méthodes et matériaux nécessaires pour assurer cette protection.

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Chapitre 1. Nécessité de la réparation des ouvrages

Bien que cette recherche ne porte que sur les points liés aux méthodes de rénovations, il

parait utile de décrire brièvement les mécanismes de dégradation du béton armée, la corrosion

de ses armatures et quelques défauts apparents.

1. Pathologie : Altérations du béton armé

1.1 Carbonatation

Ce phénomène correspond à une réaction chimique induite par la pénétration du

dioxyde de carbone CO2 de l’air dans le béton. La réaction chimique établit comprend

comme réactifs le CO2 présent dans l'atmosphère en faible proportion, qui se dissout dans

l'eau et forme l'acide H2CO3. L’acide réagit avec la portlandite (hydroxydes de Calcium) pour

former des carbonates de calcium et de l’eau, selon la formule suivante :

( )

1

La portlandite est essentielle pour maintenir un PH élevé, ce qui protège les armatures

du béton armé et empêche la formation de micro-organismes. Et lorsqu’elle n’est plus

suffisamment accessible pour réguler le PH, le milieu s’acidifie, permettant ainsi la corrosion

des armatures.

1.2 Pénétration des chlorures

Les ions chlorures peuvent provenir des constituants du béton: sable, ciment, eau de

gâchage. Cependant, l’origine des chlorures est le plus souvent extérieure: l’eau de mer, des

sels de déverglaçage. Dans ce cas-là, les ions chlorures pénètrent dans le béton par diffusion

ou par absorption capillaire.

De très faibles concentrations en chlorures forment le composé FeOOH sur la couche

passive, puis les ions instables de FeCl3-

consomment les ions hydroxyles présents ce qui

conduit à une diminution du PH.

La circulation des électrons libérés par la réaction d'oxydation vers les sites

cathodiques engendre des piles électrochimiques sur l'armature conduisant à la

décomposition de l’acier dans les zones anodiques. Donc au niveau du béton rien n’est

visible, et on ne voit au bout d’un certain temps que les conséquences : corrosion des

armatures.

1.3 Corrosions des armatures

Lors du coulage du béton, l'eau de gâchage réagit avec l'acier et forme une couche

protectrice d'hydroxydes de fer [Fe(OH)2] et de calcium [Ca(OH)2]. Ainsi, la solution

interstitielle du béton aura un PH élevé, de l'ordre de 13.

Si la solution interstitielle ne convient plus à un béton sain, comme dans le cas de la

carbonatation et la pénétration des ions chlore, cette couche protectrice disparait. Les

produits, oxydes et hydroxydes, des oxydations au niveau de la surface de l’acier

s'accumulent, entraînant un gonflement, par suite la fissuration de l'enrobage.

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1.4 Alcali-réactions

Le phénomène d’alcali-réaction est le résultat des réactions internes au béton, les

alcalins solubles dans la solution interstitielle (oxydes de sodium Na2O et oxyde de potassium

K2O) réagissent avec de la silice généralement présente dans les granulats.

Les ouvrages les plus exposées à l’humidité sont souvant victime de l’alcali-réaction.

La formation d’un gel gonflant provoque, à l’intérieur du béton, des déformations et de

microfissures. Les contraintes de ce gonflement engendrent un décollement entre la pâte et

les granulats et donc de microfissures, si elles dépassent la résistance en traction du béton, ce

qui se traduit en surface par des fissurations suivant la direction des armatures.

1.5 Autres Défauts apparents

Défauts dès la construction et leurs origines possibles :

Bullage : Coffrage inadapté, vibration inadaptée.

Nids de cailloux : Vibration inadaptée, ferraillage dense, hauteur de chute du béton trop

élevée.

Fuites de laitance : Mauvaise étanchéité des coffrages et des joints.

Variations de teinte : Ragréages, impuretés.

Pommelages : variation de densité entre gravillons et autre constituants, variations du

taux d’hydratation du ciment en surface.

Fissures de retrait : retrait différentiel, dessiccation en surface.

Défauts dus à l’environnement et leurs origines possibles :

Epaufrures : Choc.

Recouvrements biologiques : température, humidité, luminosité.

Aspect grenu : érosion éolienne, pluies.

Défauts de circulation des eaux et leurs origines possibles:

Efflorescences : béton poreux soumis à l’humidité.

Suintement : mauvaise évacuation des eaux.

1.6 Défauts dus aux sollicitations :

Fissures de flexions :

Lorsque les armatures sont soumises à des contraintes de tension, elles s'étendent. Le

béton autour des barres d'armature est par conséquent soumis à des contraintes de tension.

Lorsque la résistance à la traction du béton est atteinte des fissures transversales peuvent

apparaître près des barres d'armature.

Fissures de cisaillement :

1. Les fissures de cisaillement entre poteau-poutre au niveau des connexions peuvent être

causées par un mouvement horizontal (variations de volumes, raccourcissement

élastique causés par les forces de post-tension…).

2. Un problème commun des structures post-tension, c'est l’absence de considération des

changements de volume des membres, causés par le raccourcissement élastique et

plastique. Les colonnes courtes dans les structures de stationnement avec coffrages

post-tendus opposés sont des endroits idéaux de soulagement de tension.

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2. Conclusion sur les pathologies

Famille Lésions Types

Physique

Humidité Capillaire/De filtrage/De condensation/Accidentelle/De travaux

Saleté Par dépôt / Par nettoyage différentiel

Erosion Météorologique

Mécanique

Déformations Tassement/Effondrement/Flambement/Gauchissement/Flèche

Fissures Par charge / Par dilatation - contraction

Fissures

superficielles Par support / Par finition

Détachements Finitions continues / Finitions par éléments

Erosion Coups / Frottements

Chimique

Efflorescence Sels solubles cristallisés/Réaction chimique avec les sels

Oxydation Oxidation superficielle

Corrosion Oxydation préalable/Immersion/Aération différentielle/Paire

galvanique

Organismes Présence et attaque d'animaux/Présence de plante

Erosion Pollution Tableau 1: Classification générale des pathologies liées au bâtiment (Source J. Monjo- Carrio, 2011)

L'étude de ces pathologies constitue une étape majeure dans le processus de la

réhabilitation-que nous aborderons en aval- notamment au stade de l'élaboration du

diagnostic, étape déterminante dans la définition des interventions à mener sur le bâtiment.

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Chapitre 2. Evaluation et Diagnostic

Cette partie présente des renseignements sur le processus d’évaluation de béton dans

une structure existante. Une évaluation approfondie et logique de l'état actuel de la structure

est la première étape du projet de réparation ou réhabilitation, généralement, à la suite d'un

signe visible de détresse.

1. La procédure de l'enquête

Les étapes typiques de l'évaluation d'une structure en béton armé sont :

1. Inspection visuelle.

2. Examen des données d'ingénierie :

2.1 Documents de conception et de construction.

2.2 Dossier des opérations et d’entretien précédents.

2.3 Fiche du béton et autres matériaux utilisés.

2.4 Rapports précédents d'inspections périodiques.

3. Enquête :

3.1 Mise en correspondance des diverses carences.

3.2 Suivi.

3.3 Levé conjoint.

3.4 Échantillonnages et essais.

3.5 Essais non destructifs.

3.6 Analyse structurale.

4. Evaluation Finale.

5. Rapport.

Les résultats d'une évaluation, en particulier déterminant la cause et l'étendue du

problème, sont aussi précis que la compréhension et l'effort appliqué au processus. Un

examen superficiel ou une inspection transversale ne produisent pas une évaluation aussi

précise qu’une enquête détaillée et approfondie impliquant la cartographie, l'échantillonnage,

les essais et les efforts exploratoires nécessaires.

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2. Conditions de service et d'expositions

L’évaluation du béton n'est pas limitée aux études de son état physique, ses propriétés

mécaniques, sa composition chimique, et ses manifestations extérieures. Souvent, l’origine

d'un problème de béton est lié à un état de service ou d'exposition.

Le tableau ci-dessous présente certaines des conditions à prendre en considération lors

de l'analyse comportement du béton :

Type du problème

de Température d'Humidité Chimiques de Chargement

Con

dit

ion

s

Haute-Basse

Taux

d'humidité

relative

Type: éléments,

produits… Dynamique

Fréquence

Type de

contact:

immersion,

écoulement

Concentration Statique

Duration Fréquence état: gazeux,

liquide, solide Impact

Cycles de gel-

dégel Duration Fréquence Vibration

Exposition au

soleil Duration

État: gazeux,

liquide, solide

Protection aux

jeunes âges?

Grandeur/Ampleur

Fréquence

Duration Tableau 2: Le catalogue des conditions de service et d’exposition

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3. Types d’investigations

Deux catégories d’investigations se présentent : les méthodes non destructives et les

méthodes destructives.

3.1 Investigations non-destructives

Ces méthodes permettent d'analyser la structure sans porter atteinte à son intégrité. Ceci

est à privilégier dans différentes structures, tels que les monuments ou bâtiments historiques,

où il est difficile de pouvoir prendre des échantillons de la structure pour la caractériser. Ces

méthodes sont également en faveur dans le cas où la structure est atteinte et affaibli,

l'échantillonnage de ce type de structure pourrait l’affaiblir davantage.

3.1.1 Relevé visuel

Toute enquête approfondie commence par un examen visuel des conditions. Les

principaux indices de problèmes à distinguer sont :

Fissuration et craquelures.

Détresse de surface : Effritement, désagrégation, surface alvéolaire, écaillage

Fuite d'eau : Humidité de la surface, infiltration ou fuite à travers les joints et les

fissures.

Mouvements : Déflexion, soulèvement, affaissement.

Corrosion de l’acier : Taches de rouille, câbles de post-tension exposés, aciers exposés.

Autres indices: Cloquage des membranes et revêtements, accumulation d'eau,

décoloration.

Ce relevé permettra de :

Qualifier les désordres, car chaque type a une origine et des conséquences particulières.

Déterminer les caractéristiques d'une pathologie et savoir quelle sorte de traitement sera

nécessaire afin d’arrêter le phénomène.

Quantifier les désordres, car selon son ampleur, des méthodes de réparation plus ou

moins lourdes seront à envisager.

Localiser les désordres afin de pouvoir déterminer son origine et ainsi agir à la source du

problème.

Quelques outils à utiliser pour une enquête

visuelle :

Appareil photo

Mètre

Distancemètre

Pied à coulisse

Fissuromètre

Figure 1: JAUGE GINGER CEBTP - FISSUROMETRE DIGITAL

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3.1.2 Sondage par marteau:

Marteler le béton offre une méthode précise et moins cher pour identifier les zones de

délamination. En frappant des zones de béton délaminé, le son passe de "ping" plein à un son

"puck" creux. Les limites des délaminations peuvent alors être facilement déterminées.

Des méthodes de sondage plus productives sont disponibles lorsque vous travaillez

avec de grands espaces. Traîner une chaîne réalise le même résultat que le sondage par

marteau.

Cependant, ces méthodes ne donnent qu’une idée générale des zones de délamination.

Par conséquent, ils doivent être utilisés seulement pour l'évaluation générale, pas pour la mise

en page détaillées nécessaires à la reconstruction.

3.1.3 Méthode échos-chocs

Les développements récents en technologie d'instruments et ordinateur peuvent fournir

une méthode fiable pour localiser les vides, les fissures et autres défauts sous la surface du

béton.

La technique impact-écho est basée sur l'utilisation des ondes de compression générées

par choc qui se déplacent à travers la structure et sont réfléchis par les défauts internes et les

limites externes vers un récepteur (transducteur). Les signaux reçus sont convertis en un

spectre de fréquence et sont affichés sur un écran d'ordinateur. Un logiciel est utilisé pour

analyser ces signaux, et fournir une prédiction de la probabilité et de la profondeur des

défauts.

En effet, compte tenu de la vitesse de l'onde et la période d'arrivée (ou fréquence), les

profondeurs de défauts internes ou des limites externes sont calculées. Le système fonctionne

rapidement, en environ deux secondes pour traiter chaque lecture.

Figure 2: Test Choc-Echo avec appareil Olson's NDE 360

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3.1.4 Méthode de l’auscultation sonique

L'auscultation sonique consiste à mesurer le temps de diffusion d'une impulsion

ultrasonore entre un émetteur et un récepteur. L'appareil contenant des matériaux

piézoélectriques, transforme l'énergie électrique émise en énergie mécanique ultrasonore,

puis il mesure la durée nécessaire à l'onde pour atteindre le récepteur qui la reconvertit en

signal électrique.

Connaissant la distance entre l'émetteur et le récepteur, la vitesse de l'impulsion peut

être déterminée. En général, plus le béton est dense et fort, plus la vitesse de l'impulsion est

importante.

Ce procédé permet de vérifier l'homogénéité du béton, de détecter les fissures et les

vides dans le béton, de contrôler la qualité du béton en comparant les résultats à un béton

similaire, de détecter l'état de détérioration du béton, de détecter la profondeur d'une fissure

de surface, et de déterminer la résistance à la compression du béton.

Pour tester le béton, le contact entre le béton et l'émetteur et le récepteur est réalisé avec

un agent de couplage tel qu'une gelée de pétrole.

Le tableau suivant donne les résultats d'essais obtenus par le CEBTP sur l'auscultation

sonique des bétons :

Vitesse de propagation du son

Qualitéestimée du béton

V > 4000 m/s le béton est de bonne qualité et homogène

3500 < V < 4000 m/s le béton est de qualité moyenne

3000 < V < 3500 m/s le béton est de qualité médiocre

V < 3000 m/s le béton est de mauvaise qualité

Tableau 3: Résultats d'essais d'auscultation sonique des bétons-(CEBTP)

Un autre usage important de cette technique est l'évaluation non destructive des fissures

qui sont été remplis avec de l'époxy. Les lectures prises le long de la fissure réparée sont

comparées à celles de la section non fissurée. Une fissure bien réparée affiche une vitesse de

transit égal à celui de la section non fissuré. De plus, selon l’ASTM, Il existe une corrélation

entre la vitesse d'impulsion et la résistance à la compression du béton, généralement ± 20%.

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3.1.5 Le scléromètre

L’essai sclérométrique se base sur la proportionnalité entre la dureté et la contraint de

compression du béton. Pour mesurer la dureté du béton, un piston à ressort frappe la surface

de la structure, provoquant un rebond du mécanisme, et entrainant un index glissant sur une

règle. Plus le rebond est important, plus le matériau est dur.

Selon l’ASTM, Il convient de réaliser dix essais sur l'élément, afin d'obtenir un résultat

cohérent. L'indice sclérométrique Is de l'élément testé est la médiane des 10 mesures

effectuées, par report sur un abaque considéré. À savoir, les résultats peuvent être affectés par

différents paramètres, tels que la résistance à la compression estimée de l'élément,

l'inclinaison du scléromètre ou l'homogénéité du béton.

Figure 3: Scléromètre à béton W-M-250 de James

3.1.6 Le relevé du ferraillage

Le relevé du ferraillage peut se faire à l'aide d'un pachomètre de type Ferro scan. Cet

appareil est un système de détection portable pour un examen d'armatures non destructif. Il

permet de déterminer le positon exact des barres d'armatures, de mesurer l'enrobage et de

donner une indication du diamètre de l'armature.

L’appareil émet un flux magnétique, le pachomètre détecte la diffusion de ce champ et

la variation électromagnétique qui est causée par la présence des armatures.

Le diamètre des armatures est déterminé par le fait que plus le diamètre d’une armature

augmente, plus le signal reçu par l’appareil sera important. Alors que, plus l'épaisseur

d'enrobage sera importante, plus le signal s’affaiblit. Pour cela, la profondeur de mesure du

pachomètre est limitée (généralement de l'ordre de 10 à 15 centimètres selon le type de

bétons et le type d'armatures).

Figure 4: détection par fenêtres et résultats

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3.2 Investigations destructives

On a recours aux investigations destructives pour effectuer un prélèvement de matériau

pour connaitre ses caractéristiques géométriques, mécaniques et chimiques, ou bien pour

avoir accès à des éléments internes ou sous-jacents à la structure. Cela permet aussi de

connaître leur état altéré en profondeur et l'ampleur des pathologies.

3.2.1 Le Potentiel de corrosion

Lorsque l'acier se corrode dans le béton, il existe une différence de potentiel entre la

zone de demi-pile anode et la zone de demi-pile cathode dans acier. Cette différence peut être

détectée en plaçant la demi-pile de sulfate de cuivre et de cuivre sur la surface du béton et

mesurer les différences de potentiel entre l'acier d'armature et une éponge mouillée sur la

surface du béton.

La cellule de référence relie la surface du béton à un voltmètre à haute impédance, qui

est également connecté électriquement à la nappe de renforcement en acier. Le voltmètre lit

alors la différence de potentiel à l'emplacement d'essai.

Selon la norme ASTM C876-91 le potentiel mesuré indique une probabilité de corrosion. En

utilisant une électrode Cu/CuSO4 on a:

Si E > - 200 mV (probabilité de corrosion inférieure à 10%)

Si -350 < E < -200 mV (corrosion possible environ 50%)

Si E < - 350 mV (corrosion très probable, supérieur à 50% peut atteindre 90%)

Cependant, différents paramètres peuvent affectent les résultats obtenus:

L'hygrométrie de surface, peut diminuer la mesure de 100 mV.

Les milieux agressifs comme la présence de chlorures, augmente la conductivité, on

mesure des potentiels plus négatifs.

La carbonatation mesure des potentiels plus positifs

Ces méthodes ne peuvent pas détecter la corrosion des tendons de post-tension, ils ne

peuvent non plus détecter la corrosion quand l'acier d'armature est discontinu du voltmètre.

Cependant, les mesures de demi-cellule sont souvent utiles car ils sont faciles à réaliser,

et les résultats peuvent être livrés rapidement à des coûts relativement faibles.

3.2.2 Test au contenu de chlorure

L'évaluation de la teneur en ions chlorure est effectué en prélevant un échantillon de

béton de la structure, soit par tirage au béton pulvérisé à l'aide d'un marteau rotatif à

percussion (de préférence électrique), ou en prenant des carottes et en pulvérisant ensuite le

béton dans le laboratoire. Le matériau pulvérisé est collecté et stocké dans un récipient

propre, le trou est nettoyé sous vide, les échantillons pulvérisés sont analysées en utilisant un

procédé chimique

La séparation des chlorures, existant dès la coulée, des chlorures qui ont pénétrer dans

la structure, peut être faite en comparant la teneur en chlorure à différents niveaux dans le

membre suspect. Les chlorures existants dès la coulée auront généralement des teneurs en

chlorures similaires à travers le membre, tandis que les chlorures qui sont entrés dans le béton

après la coulée auront des concentrations plus élevées à la surface et plus faibles à l’intérieur

de l’élément.

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3.2.3 Test à la carbonatation

Pour déterminer la profondeur de la carbonatation, une surface de béton frais doit être

exposée. Cela peut être fait par carottage de la surface et diviser la carotte avec un marteau et

un burin. La position de la limite de carbonatation est mesurée par pulvérisation de la surface

du béton avec un indicateur à base acide qui change de couleur à un pH d'environ 10, ce qui

indique la limite entre la partie carbonaté et la zone non carbonatée. L'indicateur le plus

couramment utilisé à cette fin est une solution de phénolphtaléine, qui colore le béton d'un

rouge intense (rose) à des valeurs de pH supérieur à 10 et incolore à des valeurs de pH

inférieur à 10.

Il sera intéressant de comparer les mesures de profondeur de carbonatation avec

l’enrobage donné par un pachomètre. Après plusieurs mesures, on obtenir une telle courbe:

Figure 5: Graphique enrobage-carbonatation

Le pourcentage des armatures non protégées est l’abscisse du point d'intersection de la

courbe d'enrobage avec celle de carbonatation.

4. Conclusion sur le diagnostic

On se permet de conclure l’importance de l’étape diagnostic grâce à la valeur des

données qu’on peut récupérer par les méthodes énumérées ci-dessus.

Mais surtout, c’est l'étape qui permettra l’implémentation des méthodes de réparation

les plus convenables et l'évaluation des causes de ces problèmes.

Ces causes peuvent être tout simplement le vieillissement naturel de la structure, mais

cela peut aussi être à cause de l'environnement alentours. Afin de conserver les réparations et

les rendre durables, il est nécessaire de réaliser des travaux de protection adaptés, pour

d'éviter l'apparition rapide de nouvelles pathologies semblables.

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Chapitre 3. Réparation des ouvrages en béton armé

Suite à un propre diagnostic, les procédés de réparation d'un ouvrage ne viennent pas

seulement ramener les sections d'origine de l'acier et du béton, mais aussi rétablir les

caractéristiques mécaniques des différents éléments concernés. C'est-à-dire remettre la

possibilité à la structure de reprendre au mieux les efforts qui lui sont appliqués.

1. Réparation des surfaces

1.1 Dégagement des armatures

La préparation des surfaces à réparer est très importante pour la longueur de vie des

réparations. Il convient dans un premier temps de dégager toutes les zones de faible cohésion.

S'il y a corrosion des armatures, il est important de dégager les aciers corrodés pour

arriver à une zone saine apparaisse ; plusieurs techniques sont valables pour vérifier qu’on

atteint des zones sous corrosion (burinage, repiquage, bouchardage, jet d’eau, sablage).

Pour être sûr d’une bonne réparation, il est d'usage d'obtenir un dégagement comme le

montre le schéma suivant selon AFNOR :

Figure 6: Dégagement des armatures selon la norme NF P 95.101

Il faut ensuite nettoyer la surface du béton afin d'enlever toute trace de poussière et

souillure. Si la perte de section de l'acier est très élevée, il est alors nécessaire de remplacer

l'armature ; par scellement ou soudure.

Il est important qu'après cette opération, de respecter la section d’armatures (au moins

égale à la section initiale), les longueurs d'ancrage et de recouvrement, et les armatures de

couture.

Pour limiter les risques d'apparition de la corrosion, une protection immédiate des

armatures, par un produit convenablement choisi, est nécessaire surtout si l’enrobage final ne

pourra pas être de la même valeur prévue dans les règlements.

Il est possible, après cette étape, de commencer la réparation.

18 | P a g e

1.2 Le ragréage

Le ragréage est une méthode de réparation locale, qui consiste à rétablir manuellement

l’enrobage des armatures à l'aide d'un mortier de réparation possédant des propriétés qu’on

verra plus loin.

Afin de limiter la réapparition de corrosion dans les zones réparées on choisit de

mélanger des inhibiteurs de corrosion dans la formulation de ce mortier.

1.2.1 Mode opératoire

Selon « Weber » (une entreprise de solutions pour la construction et la rénovation)

1. Humidifier abondamment les parties à réparer. Laisser ressuyer, le béton doit être humide

mais non ruisselant

2. Pour une bonne adhérence, appliquer le mortier en le serrant fortement sur tout le pourtour

de la zone à réparer.

3. L’application se fait par passes de couches successives qui varient d’épaisseurs selon les

propriétés du produits choisit entre 2 et 100 mm (indiqués par le fournisseur)

4. Dès raidissement du mortier, réaliser la finition à l’aide d’une taloche polystyrène ou d’une

taloche éponge

Figure 7: Gauche à droite; Aciers dégagés, Application du mortier, Finissage par taloche

1.2.2 Caractéristiques des matériaux

Le mortier utilisé doit avoir les caractéristiques suivantes :

Tenue verticale sans coffrage

Montée en résistance rapide et de résistance mécanique supérieure au béton support

Adhérence supérieure ou égale à la cohésion du support

Imperméabilité à l'eau et aux agents agressifs

Coefficient de dilatation thermique et de module d'élasticité équivalente au béton

support

Bonne protection des aciers

Les produits doivent être conformes à la norme NF P 18-840 ou être admis à la marque

« NF Produits spéciaux destinés aux constructions en béton hydraulique ».

19 | P a g e

1.3 Le béton projeté

Lorsque les surfaces de béton à réparer sont importantes, la méthode du béton projeté

est une option souvent utilisée. Puisque ce type de réparation est relativement rapide à mettre

en œuvre, mais nécessite du matériel particulier.

1.3.1 Technique de projection

Projeté avec une force assez importante, le béton se place et se compacte au même

instant, ce qui le diffère du béton conventionnellement coulé et ensuite vibré. Ce procédé

permet de produire un béton plus dense, homogène et imperméable, ayant une surépaisseur

moins poreuse, plus durable et peu sensible aux attaques chimiques.

La résistance en compression du béton projeté a, selon la norme NBN EN 14487-1, un

minimum de 40 Mpa. Un mélange soigneusement réalisé, permet l'application de ce béton sur

toutes les surface même les surfaces verticales et en surplomb.

Il existe principalement deux techniques de projection du béton suivant le moment

d'introduction de l'eau de gâchage dans la chaine. En projetant par voie humide, le béton

gâché est pompé jusqu'à la lance, alors que par voie sèche le mélange de ciment et de

granulats, sans l'eau, est propulsé par de l'air comprimé, l'eau s’ajoute en bout de lance.

Différentes méthodes vont présenter de différents résultats. Par voie sèche, le rapport

E/C est évidement plus faible, on obtiendra alors une résistance plus élevée que par voie

humide. Mais on aura un dégagement de poussière plus important et un risque de

détérioration d'un support fragile.

Figure 8: projection par voie humide

Avantage : Ici Le contrôle de la qualité

est simple, puisque l'on utilise un béton

conventionnel (le dosage des constituants

du mélange est connu)

Désavantage : Ici le procédé ne peut être

arrêté, car le mélange eau-ciment est

préalable.

Figure 9: projection par voie sèche

Avantages : Ce procédé peut être arrêté

et continué à tout moment durant les

travaux. En effet, le contact ciment-eau ne

se fait qu’à la lance, il n’y a aucune prise

possible par avant si la production du

béton est interrompue. Des résistances

élevées sont facilement obtenues puisqu’il

permet d’avoir de faibles rapports eau-

liant.

Désavantage : Le dosage de l’eau dans le

mélange se fait directement à la lance, par

le lancier, ce qui complique le contrôle de

la qualité.

20 | P a g e

1.3.2 Mode opératoire

Le mode opératoire doit être conforme aux normes (NF P 95 102, NF EN 934-2) et aux

recommandations du Fascicule n°3 du STRRES et de l’ASQUAPRO.

La mise en œuvre se fait à l'aide d'une machine à projeter qui est transporté à travers un

boyau et projeté pneumatiquement à très grande vitesse sur une surface. L’air expulsé et le

béton compacté, par la puissance de projection et l’impact sur la surface, permettent au

matériau de se supporter sans affaissement, même sur une surface en surplomb. Tout comme

pour la méthode de réparation par ragréage, il est nécessaire de dégager les armatures en

suivant les descriptions de la partie 1 de ce chapitre.

Il est possible d'appliquer un passivant (par brossage, par application au pinceau, etc.)

sur les armatures réparées pour diminuer les risques de réapparition de la corrosion. Cette

application peut se faire dans le cas du béton projeté par voie humide, mais n’est pas possible

lors de la projection par voie sèche, parce que la protection serait abimée.

1.3.3 Matériaux utilisés

Dans ce sens, les caractéristiques des matériaux de cette technique sont similaires à

ceux du mortier du ragréage. Les produits doivent être conformes à la norme NF P 18-840 ou

être admis à la marque « NF Produits spéciaux destinés aux constructions en béton

hydraulique ».

1.4 Etude comparative (Ragréage avec passivant v/s Béton projeté)2

Remplacement du béton par

ragréage avec passivant

Remplacement du béton par

béton projeté

Avantages

Petites destructions localisées de

béton, pas de risque de

déstabilisation de la structure.

Adapté aux petites surfaces.

Mise en place du mortier de

réparation plus rapide.

Béton moins poreux, donc moins

sensible aux chlorures.

Adapté aux grandes surfaces.

Inconvénients

Beaucoup de main d'œuvre

nécessaire.

Délais plus long.

Nécessite un revêtement

imperméabilisant.

Risque de déstabilisation suite à

une enlevée importante du béton.

Surcharges possibles => recalcule

de la structure.

Pas adapté aux petites surfaces.

Contraintes

phase travaux

Bien éliminer toutes les traces de

corrosion des aciers et bien les

passiver sur l'ensemble de la zone de

désordre et non pas seulement au

droit de l'épaufrure sous peine de

corrosion accentuée.

Bien éliminer toutes les traces de

corrosion des aciers et bien les

passiver sur l'ensemble de la zone

de désordre et non pas seulement

au droit de l'épaufrure sous peine

de corrosion accentuée.

Durée de vie

estimée

Temps de carbonatation/détérioration

du nouveau béton.

Limité par rapport à la présence de

chlorures.

Améliorée si protection

complémentaire.

Temps de

carbonatation/détérioration du

nouveau béton.

Limité par rapport à la présence de

chlorures.

Améliorée si protection

complémentaire. Tableau 4: Tableau comparatif (Ragréage v/s Béton projeté)

21 | P a g e

1.5 Tissus de fibres de carbone

Les matériaux composites constitués de fibres dans une résine polymère, également connu

sous le nom de polymères renforcés de fibres (PRF), ont apparue comme une alternative aux

matériaux et techniques traditionnelles.

1.5.1 Matériaux

Le renforcement par des PRF-carbones peut être appliqué sur différents types de structures

tels que le béton armé, le bois, les structures métalliques.

Tableau 5: Comparatif de la fibre de carbone avec l'acier

Le tableau suivant montre les différentes propriétés mécaniques et physiques des fibres

de carbone et des aciers usuelles.

Les PRF sont légers, non corrosif, et présentent une résistance élevée à la traction.

L'intérêt de leur utilisation se trouve dans :

Leur faible densité.

Leurs propriétés mécaniques longitudinales.

L'absence de corrosion.

Leur bonne tenue à la fatigue.

Leur facilité de manipulation, en outre, ces matériaux sont facilement disponibles sous

plusieurs formes.

Les principaux inconvénients des PRF sont les suivants :

Une anisotropie marquée.

Un comportement fragile à la rupture.

Un prix élevé comparé à l'acier.

Torayca H.R. T 300/T 300J/T 700SC Composites carbone E 235 HR

Densité - 1.75 à 1.80 1.53 7.85 7.85

Contrainte de rupture Mpa 3530 à 4900 1760 à >2500 315 1860

Module Gpa 230 125 à 165 210 210

Limite d'elasticité Mpa 3530 à 4900 1760 à >2500 235 1600

Allongement à la rupture % 1.5 à 2.1 1.1 à 1.9 23 3 à 7

Contrainte de rupture Mpa - 1370 à 1570 315 1860

Module Gpa - 125 à 165 210 210

Contrainte de rupture Mpa - 80 315 -

Module Gpa - 7.8 à 8.8 210 -

Limite d'elasticité Mpa - 65 à 80 235 -

Allongement à la rupture % - 0.9 à 1.1 23 -

Compression

Propriétés mécaniques (sens transversal

Traction

Propriétés UnitéFibre de Carbone Aciers

Propriétés mécaniques (sens longitudial)

Traction

22 | P a g e

1.5.2 Mode opératoire

Cette technique est intéressante dans le cas de perte de section d'acier importante, et

quand la structure subit un ajout de charges par rapport à ce qu'elle peut supporter.

Cette méthode consiste à coller des bandes de toile de fibres de carbone aux surfaces

déficientes. Les étapes d’applications suivantes, selon « ASLAN FRP i», sont nécessaires :

1. Une préparation de la surface par jet de sable ou de l’eau doit être effectuée pour exposer

les surfaces des agrégats fins. Il existe des normes et de recommandations pour la

préparation de la surface tel que : ACI 546R et ICRI 0370.

2. Effectuer des tests d’arrachements (un procédé, à proximité de la surface, dans lequel un

disque circulaire en acier est collé à la surface du béton avec une résine époxy ou

polyester. La force nécessaire pour tirer de ce disque à partir de la surface, avec une

couche de béton fixé, est mesurée).

3. Mesurer la régularité ou la planéité de la surface préparée. Une surface inégale se

traduira par pelage prématuré du stratifié. Ceci est mesuré en plaçant une règle droite

contre la surface préparée. Les zones irrégulières doivent être portées avec un mortier de

nivellement ou un mastic.

4. Avant d'appliquer l'adhésif structurel au tissu CFRP, le côté sablé ou rendue rugueuse du

stratifié est essuyé avec de l'acétone ou un autre solvant jusqu'à ce que tout résidu en

excès est retiré de la plaque de carbone.

5. Un adhésif structurel est appliqué à la fois au carbone et à la surface du béton.

6. Le tissu est soigneusement positionné et pressé en place en utilisant un rouleau en

caoutchouc dur pour obtenir une épaisseur de ligne de liaison entre 2mm à 3mm.

L’adhésif en excès est ensuite essuyé sur les côtés avant qu'il puisse durcir.

7. Pour faciliter l'inspection de contrôle de qualité, des plaques de test adjacentes à la zone

en cours de renforcement doivent être préparés simultanément à chacune des opérations

ci-dessus. Un test d’arrachement peut alors être effectué pour valider une installation

correcte.

Figure 10: Feuille de polymère renforcé de fibre de carbone

i Part de Hughes Brothers, Inc. un fabricant et distributeur de matériaux de haute qualité depuis 1921.

23 | P a g e

2. Conclusion sur la réparation

On a vu les principales méthodes de réparation d'un ouvrage en béton armé, mais

n’importe qu’elle méthode est utilisées, le but est de rendre les sections d'acier et de béton

initial ou de satisfaire cette condition par l’ajout d'un autre matériau.

On cherche à ce que la structure puisse reprendre les charges qui lui sont appliquées et

même un supplément de charge si c’est nécessaire pour que l'ouvrage réponde à l'évolution

des besoins des propriétaires.

24 | P a g e

Chapitre 4. Protection des ouvrages en béton armé

Une fois diagnostiqué puis réparé, il est utile de prévoir une protection de l’ouvrage

afin de rendre durables les réparations pour éviter une réapparition rapide de nouvelles

pathologies semblables.

Le schéma suivant recense les principales catégories de méthodes existantes :

Figure 11: Résumé des méthodes de protections

Ces méthodes permet soit de ramener au béton ces caractéristiques mécaniques et

chimiques initiales, soit de le protéger contre les attaques structure. Dans le but de rallonger

sa durée de vie ainsi qu’augmenter ses capacités à absorber ces attaques et la vieillesse.

Dans un premier temps, le procédé de protection le plus logique sera d’éviter ces

problèmes en supprimant les sources de ceux-ci, et en renforçant le matériau faible ; modifier

les conditions de service et d’exposition, Améliorer les propriétés physiques des matériaux de

réparation ou du béton initial (figure 11, les deux premières méthodes).

Puisqu’on est en face des ouvrages déjà construits puis réparés, on ne s’intéressera pas

dans cette partie à ces méthodes de protection nécessitantes une analyse en stade de pré-

construction ; mais on se dirigera vers des procédés de protection des surfaces et à la

modification du comportement électrochimique des matériaux ; en stade de post-construction

et souvent de post-réparation.

25 | P a g e

1. Protection des surfaces

Un grand nombre de méthodes de protection en usage utilisent une barrière qui isole ou

modifie l'état de service agressif. L’isolation et modification de l'état de service permet au

béton protégé de durer plus longtemps et/ou d’améliorer sa performance. Les barrières

appliquées sont une vaste catégorie de revêtements, produits d'étanchéité, membranes,

scellement des joints et des techniques d’injection de coulis.

1.1 Imprégnation

C'est le traitement d'une surface de béton avec un matériau qui pénètre ultérieurement

dans les pores de la structure. Il y a trois types de base: hydrophobe, de remplissage partiel et

de remplissage complet. Chaque type modifie le comportement de la surface y compris la

transmission de vapeur d'humidité et l'absorption du liquide.

L'imprégnation des surfaces en béton est une technique courante qui est généralement

utilisé pour contrôler le flux de l'humidité entrant et sortant de béton. Les techniques

d'imprégnation nécessitent une surface propre capable d'absorber des solutions avec des pores

et capillaires ouverts, qui peuvent être obtenus par décapage abrasif, hydro décapage ou

grenaillage des surfaces en béton.

L’imperméabilité des surfaces en béton peut être réalisée en revêtant les surfaces des

pores avec un composé hydrophobe. Les silanes et siloxanes3 sont les plus communs.

Lorsque ces composés sont absorbés dans la structure des pores (mais ne les remplient pas),

une réaction chimique se produit entre les scellants et le silicate de la structure en béton. Ils

produisent une barrière efficace contre l'infiltration de l'eau et des agents agressifs, tout en

permettant à la vapeur d'eau de passer.

Un autre procédé d'imprégnation de la surface de béton comporte des composés qui

sont absorbées dans la structure de pores et remplient, ou partiellement remplient, les

passages dans le béton. Il existe deux types de matériaux utilisés: d'une part, ceux qui

réagissent avec les constituants de la matrice de ciment (tels que le silicate de sodium), et

d'autre part, ceux qui réagissent et durcissent seuls (comme l’époxy, méthacrylate et

polyester).

Les avantages offerts par ces enduits protecteurs sont les suivants:

Résistance au gel-dégel augmenté.

Réduction de l'infiltration de l'eau et des produits chimiques agressifs, tels que les

chlorures.

26 | P a g e

1.2 Inhibiteurs de corrosion

Les inhibiteurs de corrosion sont des produits chimiques permettant de réduire

l’exposition à la corrosion, même tout le processus de corrosion entièrement.4

En général, le mécanisme de l'inhibiteur est un ou plusieurs des trois qui sont citées ci-

dessous:

l'inhibiteur est chimiquement adsorbé sur la surface du métal et formes un film

mince de protection à effet inhibiteur ou par combinaison entre les ions

d'inhibiteur et de la surface métallique.

l'inhibiteur entraîne une formation d'un film de protection d'oxyde de métal.

l'inhibiteur réagit avec un composant corrosif potentiel présent dans les milieux

aqueux et le produit est un complexe.5,6

Il existe différentes catégories d'inhibiteurs de corrosion. Il est possible de les classifier

selon leur mode d'action, à savoir :

Figure 12: Catégories des inhibiteurs de corrsion

Les inhibiteurs anodiques réagissent avec les cations métalliques produits sur l'anode,

formant généralement, des hydroxydes insolubles qui se déposent sur la surface métallique en

tant que film insoluble et imperméable à l'ion métallique. De l'hydrolyse des inhibiteurs se

traduit par des ions OH-. Les chromates, nitrates, tungstates, molybdates sont des exemples

d’inhibiteurs anodiques.6

Les inhibiteurs cathodiques agissent soit en ralentissant la réaction cathodique elle-

même ou en formant une barrière de précipités insolubles sur le métal. Ainsi, limitent le

contact métallique avec l'environnement, ce qui empêche l'apparition de la réaction de

corrosion. Pour cette raison, l'inhibiteur cathodique est indépendant de la concentration, par

conséquent, ils sont beaucoup plus sûrs que l'inhibiteur anodique. 7,8

Les composés organiques utilisés comme inhibiteurs, agissent comme cathodiques,

anodiques ou comme inhibiteurs cathodiques et anodiques en même temps. Néanmoins, d'une

manière générale, agissent par l'intermédiaire d'un processus d'adsorption de surface,

désignée comme une filmogène. Ces inhibiteurs accumulent un film protecteur hydrophobe

par adsorption des molécules sur la surface métallique, ce qui fournit une barrière à la

dissolution du métal dans l'électrolyte. Ils doivent être solubles ou dispersibles dans le milieu

environnant le métal.

27 | P a g e

1.3 Les Revêtements

Les revêtements protecteurs de béton comprennent une grande variété de produits

chimiques. Des formulations sont disponibles pour répondre à diverses conditions

d'exposition et de services.Pour développer une spécification de la méthode et du matériel, les

étapes suivantes doivent être suivies:

Déterminer les objectifs de protection

Déterminer les conditions de service et d'exposition

Déterminer l’environnement d'installation

Sélectionner les matériaux / systèmes qui répondent le mieux aux conditions de

service, d'exposition, et d'installation

Déterminer la préparation de surface nécessaire pour recevoir les matériaux de

réparation sélectionnés

Déterminer la gamme de conditions exigées par les matériaux choisis

Déterminer (en fonction des conditions de surface prévue) le nombre de couches

ou taux d'application nécessaires pour atteindre le niveau de continuité.

Déterminer les exigences d’un prétraitement. Une mise à niveau peut être

nécessaire pour fournir à une surface rugueuse une apparence lisse après qu’un

revêtement est installé.

Déterminer tout traitement de fissure requise

Déterminer les méthodes d'assurance qualité pour la préparation de surface,

adhérence, épaisseur et qualité des matériaux

Il est important que ces matériaux aient une élasticité suffisante pour résister aux

fissures.

Figure 13: exemple de revêtement des surfaces

Les méthodes d'application de ces revêtements sont définies par le DTU 42.1. Les

produits doivent satisfaire à la norme NF 84-403 (maintien de l'aspect, imperméabilité,

isolation thermique).

28 | P a g e

1.4 Membrane élastomères

Les membranes élastomères sont des liquides thermodurcissables, liquides de polymère

durci ou de matériaux effectués. Leur fonction principale est de minimiser l'absorption de

liquide par le béton. Les membranes élastomères diffèrent des revêtements en raison de la

capacité de la membrane à se déplacer et de fléchir sans rupture. Leurs applications typiques

comprennent: les ponts de circulation, toitures terrasses, et étanchéité sous-sol.

Les membranes élastomères sont conçues pour protéger le béton contre l'intrusion de

liquide dans ou à travers les fissures de béton, et, dans certains cas, les joints. Les membranes

typiques utilisées sont des matériaux en feuille ou liquides.

Ces produits en feuilles comprennent: l'asphalte caoutchouté lié à du polyéthylène,

PVC, néoprène, Hypalon, et butyle. Les membranes liquides appliquées in situ consistent à

introduire des matières qui sont soit thermodurcissables, soit durcissables par humidité ou par

réaction chimique. Après traitement, ces matériaux restent élastomère et forment une surface

transparente. Des systèmes spécifiques comprennent: de l’asphalte appliquée à chaud, du

néoprène et du polyuréthane.

La capacité d'un matériau ou d'un système particulier à s’allongé dans les conditions de

service et d'exposition prévue est une fonction de:

Capacité d'allongement.

Épaisseur de la membrane.

Certaines membranes élastomères sont conçues pour accepter des piétons et des

véhicules. Quelques systèmes comprennent un revêtement de circulation, qui est placé sur la

membrane élastomère.

Figure 14: application de membrane élastomère

29 | P a g e

2. Protection par méthodes électrochimiques

Cette partie présente les principales techniques électrochimiques utilisées pour réduire

la corrosion dans les structures de béton armé : Protection cathodique(PC),

Déchlorurations(DC), Ré-alcalinisation(RA).

Toutes les méthodes de maintenance électrochimiques ont en générale le même

principe et méthode d’application pratique. Les principales différences sont la quantité de

courant circulant à travers le béton et la durée du traitement.

Par l'intermédiaire d'un conducteur externe, dite anode; un courant continu est dirigé à

travers le béton de l'armature qui est ainsi amenée à agir en tant que cathode dans une cellule

électrochimique. Le résultat final de la circulation du courant est d’arrêter la corrosion par

repassivation des armatures par polarisation de l'armature à un potentiel plus négatif(PC), ou

en enlevant les ions agressifs (DC), ou en rétablissant l'alcalinité de la solution

interstitielle(RA).

2.1 Protection Cathodique

La protection cathodique est basée sur le changement du potentiel de l'acier à des

valeurs plus négatives, pour que le métal agit comme cathode et ainsi de réduire le courant de

corrosion à des valeurs négligeables.

Avantages:

Dans l’application de la protection cathodique, deux méthodes principales sont

utilisées, à savoir:

1. anodes sacrificielles : un métal très actif (anode) est relié à la barre d'armature et

placé dans le même électrolyte. L'anode polarise le métal vers des valeurs

cathodiques.

2. courant imposé : une anode inerte est raccordée à l'armature et un courant continu est

appliqué pour décaler le potentiel vers des valeurs cathodiques

Les procédés cathodiques produisent une alcalinité sur la surface des armatures. A

l'intérieur du béton, le courant est transporté par les ions proportionnellement à leur

concentration. Les ions positifs se déplacent dans la même direction que le courant (de

l'anode à la cathode), et les ions négatifs dans la direction opposée. Ainsi dans un béton

contaminé par des chlorures, la circulation du courant présente une réduction de la teneur en

chlorure à la surface des armatures ou une réduction de la pénétration de chlorure dans le

béton.

Ces effets sont avantageux dans le sens où ils favorisent une augmentation du rapport

OH- / Cl- et favorisent ainsi les phénomènes de passivation. C’est pourquoi cette méthode est

particulièrement adaptée lorsque la corrosion est causée par la contamination de chlorure.

Figure 15: La protection cathodique au moyen d'anodes sacrificielles ou à courant imposé

30 | P a g e

Désavantages:

La perte d'adhérence entre le béton et renforts9 :

À des potentiels très négatifs, lorsque des densités de courant élevées sont appliquées,

une perte d'adhérence entre les barres d'armature et le béton peut se produire. De

nombreuses incertitudes demeurent quant à ce phénomène. Pour une polarisation à long

terme, un potentiel limite inférieure est indiquée (-1,1 V par rapport à l'électrode au

calomel saturée10

).

Fragilisation par l'hydrogène11

L'effet potentiellement néfaste le plus important est la fragilisation de l'acier par

l'hydrogène atomique généré en réaction cathodique. Certains types d'aciers à haute

résistance utilisés dans la construction précontrainte peuvent être soumis à la fragilisation par

l'hydrogène si leur potentiel a des valeurs à laquelle le dégagement d'hydrogène peut avoir

lieu. Dans les milieux alcalins (pH> l2), avec renforcement protection cathodique, le

dégagement d'hydrogène ne peut se produire à potentiel plus négatif que -950 mV environ

(par rapport à ECS). Par conséquent, pour éviter le risque de fragilisation par l'hydrogène de

l'acier sensibles qu'il convient de fixer un potentiel de limite inférieure de -900 mV (par

rapport à ECS).

2.2 Déchloruration

La déchloruration est un procédé simple de sorte que les ions chlorure sont éliminés du

béton contaminé par migration. Une anode noyée dans un support d'électrolyte, solution

aqueuse, est fixé à la surface du béton. L'anode est de préférence un maillage de fil de titane

ou une maille d’acier d’armature. L'anode et l'acier d'armature dans le béton (cathode) sont

connectés aux deux bornes d'un courant continu tel que l'anode est chargée positivement et

l'armature est négative.

Avantages:

Les ions chlorure étant ions négatifs migrent vers l'électrode positive, l'anode. Comme

c’est externe au béton, les ions chlorure quittent le béton et se concentrent autour de l'anode.

Ainsi, la teneur en chlorures du béton est réduite, en particulier sur et autour de l'acier

d'armature chargé négativement où le béton à toutes fins pratiques devient libre de chlorures.

En même temps, la production électrolytique d'ions hydroxyle au niveau de la surface

des armatures résulte en un pH élevé généré autour de l'acier. Par conséquent, lorsque le

processus est terminé et l'installation est retiré, l'acier d'armature sera libre des chlorures et le

béton sera fortement alcalin. Il en résulte une repassivation de l'acier d'armature.

La déchlorurations peut être adapté pour les structures ayant une valeur architecturale

telles que les monuments, puisque la surface du béton reste inchangé après le traitement.

Désavantages:

Lors de l'extraction de chlorure, des ions hydroxyle sont formés autour de l'acier

d'armature, en augmentant localement le pH et les ions de sodium et de potassium

s’enrichissent dans l'acier. Ces changements pourraient stimuler une alcali-réaction. Pour

l'application pratique de la déchloruration sur les structures avec des granulats

potentiellement sensibles, il est recommandé d'évaluer la réactivité potentielle de l'agrégat en

considérant sa source géologique et d’étudier chimiquement le béton. Si une expansion

nuisible se trouve dans les tests représentatifs, la déchloruration ne doit pas être

recommandée.

31 | P a g e

2.3 Ré-Alcalinisation

La ré-alcalinisation est une méthode pour arrêter la corrosion des armatures induite par

carbonatation. Le pH du béton autour de l'acier augmente, et la passivation de la solution

interstitielle du béton est restaurée.

La technique consiste à faire passer un courant à travers le béton à l'armature par un

treillis appliqué à l'extérieur de l'anode qui est attaché à la surface du béton et noyé dans un

électrolyte. Dans l'application classique, une pâte de cellulose pulvérisée avec une solution

molaire de carbonate de sodium est utilisée comme électrolyte.

L'électrode extérieure (anode) et l'armature agissant comme cathode à l'intérieur sont

connectées à une source de courant continu. Pendant le traitement, l'électrolyte est transporté

dans le béton carbonaté. Le mécanisme de transport dominant peut varier, mais l'électro-

osmose12ii

et la migration des ions sont les deux principaux contributeurs. Simultanément,

l'électrolyse à la surface de l'acier produit un environnement très alcalin.

Avantages:

La ré-alcalinisation du béton est un traitement électrochimique non permanent, donc, le

traitement se termine après l-2 semaines appliquant un courant de l'ordre de 0,8 à 2 A/m2.

Après le traitement, l'anode doit être enlevée, et la surface du béton ne se modifie pas. C’est

pourquoi la ré-alcalinisation est particulièrement adapté pour les structures avec des valeurs

architecturales telles que les monuments.

Désavantages:

Alcali-réaction

La teneur accrue en ions alcalins et la production d'ions hydroxyles puissent

théoriquement causer une Alcali-réaction accélérée pour un béton avec granulats réactifs.

D’autre part il a été conclu par les experts que le béton alcalinisé s’étend comme le béton de

référence, puisque le traitement n'a pas augmenté la concentration d'hydroxyle jusqu’au seuil

d'expansion.

La perte d'adhérence entre le béton et renforts :

Le courant circulant pendant la ré-alcalinisation augmente les concentrations des ions

alcalins et hydroxyles dans l'eau des pores à la l'interface béton/armatures. Cela pourrait

théoriquement modifier la structure des pores et la force d'adhérence. En revanche, la charge

totale circulante est beaucoup plus faible que celle de la déchloruration (de l'ordre de 100 à

200 Ah/m2) ce qui est beaucoup plus faible que celles rapportées pour provoquer une perte

d'adhérence.13

Figure 16: Avant & Après

ii Lorsque les champs électriques sont appliqués dans des capillaires ou des micro-canaux, le mouvement fluide

observée ayant une vitesse linéairement proportionnelle au champ électrique appliqué est appelé électro-osmose.

32 | P a g e

2.4 En Résumé

Méthode Durée Densité du

courant

Protection

cathodique Permanente 10 mA/m

2

Déchlorurations Ordre de quelques jours à

semaines 1 mA/m

2

Ré-alcalinisation Ordre de quelques semaines à

mois 1 mA/m

2

Tableau 6: Différences principales entre méthodes d'entretien électrochimiques

Une étude comparative entre les méthodes de protections les plus utilisés14

:

Tableau 7: Etude comparatives des methodes de protection

33 | P a g e

Conclusion

Le béton armé est un des matériaux de construction les plus couramment utilisés.

Toutefois, en raison de changements dans les spécifications de conception, le vieillissement,

les conditions environnantes, etc. - il y a un besoin de procédures pour la réparation des

superstructures et des infrastructures en béton (armé ou précontraint). Ainsi, l'objectif global

de ce rapport de recherche était d'introduire les méthodes les plus communes, rentables, et

novatrices de réparation et de protection.

Plusieurs algorithmes peuvent être suivies, en ce qui concerne les méthodes de

diagnostiques, les procédés de réparation et les techniques de protection. Après tout, on

cherche toujours à redonner à la structure sa géométrie et sa puissance à reprendre les efforts

qui lui sont appliqués.

Les différents algorithmes possibles pour la réhabilitation d’ouvrages en béton armé ne

sont pas tous encore codifiées. Différentes entreprises suggèrent différentes méthodes pour

des pathologies semblables ou encore leur application de la même méthode diffère.

Jusqu’au jour l’idée de suivi des projets, dans la majorité des entreprises libanaises,

reste limitée à l’esthétique, l’hygiène et l’architecture, et atteint à peine l'entretien du béton

armé.

Même si certains codes mentionnent quelques méthodes de réparation du béton armé, il

sera intéressant pas seulement de s’approfondir dans les normes de ces méthodes, mais aussi

de détailler le savoir-faire dans le domaine du management de tels projets et du suivi d'un

ouvrage sous une norme libanaise spécifique.

34 | P a g e

Références

1 Ployaert, LA CORROSION DES ARMATURES DES BÉTONS ARMÉS ET PRÉCONTRAINTS,

NOVEMBRE 2008, p. 4 2 EST7.B.0010 Salins du midi, REFECTION DU BATIMENT « LA SALINE », DOSSIER PROJET

Annexe 2, pp. 19, 2011 3 Silane: gaz incolore, hydrure composé de silicium et d'hydrogène, formule empirique : SinH2n+2

Siloxane : dérivé de Silicium, Oxygène et alkane, formule empirique : R2SiO 4Selon la Nationale Association of Corrosion Engineers. 5 Hong Ju, Zhen-Peng Kai, Yan Li, “Aminic nitrogen-bearing polydentate Schiff base compounds as

corrosion inhibitors for iron in acidic media: A quantum chemical cal‐culation,” Corrosion Science,

vol. 50, Issue 3, pp. 865-871, 2008. 6 V. Gentil, Corrosão, 4ª ed., Rio de Janeiro: LTC, 2003 7 P. R. Roberge, Handbook of corrosion engineering, New York: Mc Graw Hill Hand‐book, 1999. 8 D. Talbot e J. Talbot, Corrosion science and technology, Florida: CRC Press, 2000 9 Journal of Marine Science and Technology, Vol. 7, No. 2, pp. 89-93 (1999) 10 L'électrode au calomel saturée en KCl est une électrode de référence intéressante ici car le potentiel

pris par l’ECS dépend uniquement de la concentration en ions chlorure 11 Hydrogen embrittlement risk of high strength galvanized steel in contact with alkaline media -

CISDEM (UPM-CSIC), Madrid, Spain & LCPC, Nantes, France.

Hydrogen Embrittlement - Daniel H. Herring, President of The HERRING GROUP,Inc 12 Kirby, B.J. (2010). Micro- and Nanoscale Fluid Mechanics: Transport in Microfluidic Devices:

Chapter 6: Electroosmosis. Cambridge University Press 13 Durability of Building Materials and Components 7: Proceedings of the seventh international

conference, Christer Sjostrom, (1996-2014) 14 EST7.B.0010 Salins du midi, REFECTION DU BATIMENT « LA SALINE », DOSSIER PROJET

Annexe 2, pp. 20, 2011

• NF P 95-101 : Spécifie les techniques et matériaux utilisés pour la reprise des dégradations

superficielles (structurelles ou non) du béton.

• Choix et application des produits de réparation et de protection des ouvrages en béton - Guide

technique LCPC Sétra - Août 1996.

• Défauts apparents des ouvrages d’art en béton (1975) - Sétra – LCPC

• Recommandations pour la prévention des désordres dus à la réaction sulfatique interne – LCPC -

Août 2007.

• Recommandations pour la durabilité des bétons durcis soumis au gel – LCPC - Décembre 2003.

• Réhabilitation du béton armé dégradé par la corrosion – Novembre 2003 – AFGC

• NF EN 12696 : Protection cathodique de l’acier dans le béton

• Les techniques d’auscultation des ouvrages en béton armé – B. GODART – LCPC

• Béton projeté – FABEM 5 – Guide du STRES

• La carbonatation – C. CARDE – Béton[s] magazine

• La corrosion – C. CARDE – Béton[s] magazine

• Pathologies du béton – Italcementi Group

• Protection des bétons – FABEM – Guide du STRES

• TUUTI K .,corrosion of steel in concrete ,rapport FO4 , Swedish cement and concrete research

institute Stockholm (1982)

• Guide Technique : “ Choix et application des produits de réparation et de protection des ouvrages en

béton ” LCPC SETRA

• Patologia y tecnicas de intervencion en estructuras arquitectonic as, Juan MONJO CARRIO, Luis

MALDONADO RAMOS, Munillaleria, 2001

• NF P95 102 : Réparation et renforcement des ouvrages en béton et en maçonnerie – béton projeté

• NF EN 934-2 : Adjuvants pour bétons. Définitions, exigences

• Fascicule n°3 du STRRES (Syndicat des entrepreneurs spécialistes des travaux de réparation et de

renforcement des structures)

Annexe A-renforcement en flexion par tissus

fibre de carbone

Cet annexe décrit les étapes de calcule1 de dimensionnement de tissus de PRF

dans le but de renforcer une poutre en flexion sujet d’une augmentation de 50% des

charges d’exploitations.

1. Hypothèse

Figure 1: Poutre sujet de renforcement

Voici les propriétés des matériaux utilisés dans cette poutre :

Béton Acier

f'c 35.0 MPa fy 400 MPa

Ec 27806 MPa Es 200000 MPa

√ 2 As 1847.3 mm2 (3T28)

Tableau 1: Propriétés du béton et l'acier

Les charges appliquées à cette poutre sont les suivants :

Charges et

moments Existantes Prévues Equations

G 15.0 KN/m 15.0 KN/m -

Q 18.0 KN/m 26.0 KN/m -

Wu 46.8 KN/m 59.6 KN/m (ACI318M-11, sec. 9.2.1, eq. 9-1)

W limite (1.1) - 36.0 KN/m (ACI440.2R-08, sec. 9.2, eq. 9-1)

MG 105 KN.m 105 KN.m -

MQ 127 KN.m 183 KN.m -

Mu 329 KN.m 419 KN.m

M limite (1.1) - 253 KN.m

Tableau 2: Charges, Moments et méthodes de calcule

1 Le calcule est réalisé suivant le code américain ACI comme indiqué à la fin de l’annexe. 2 ACI318M-11, sec. 8.5.1

Dans le cas où le système PRF est endommagé, la structure doit toujours être

capable de résister à un niveau raisonnable de charge sans effondrement ; tel que

décrit par l’Eq.(1.1).

Un facteur de charges permanentes de 1.1 est utilisé parce que les charges

permanentes existantes de la structure peuvent être plus-ou-moins précisément

évalués. Un facteur de charges d’exploitations de 0.75 est utilisé juste pour dépasser

la moyenne annuelle statistique de ce facteur, 0.5, comme indiqué dans ASCE 7-05.

La résistance limite minimal de l’Eq.(1.1) permettra au membre renforcé de

maintenir une capacité structurelle suffisante jusqu'à ce que le PRF endommagé est

réparé.

2. Etape 1 : Trouver la section, Af, du tissus PRF

Figure 2: Cherchons c suivant Whitney's rectangular stress distribution (loi parabole rectangle)

L’équilibre de la section implique :

‎2.1)

D’autre part, 3 avec

Ainsi,

Par suite, le moment existant de la section sera Mni, tel que :

(

) Et ϕMni, tel que :

4

,

3 ACI318M-11, sec. 10.2.7.1 4 ACI318M-11, sec. 9.3.2

Le moment supplémentaire qui doit être porté par le PRF est :

Or, en supposant c=103 mm déjà calculé on peut écrire :

(

) 5

tel que,

Et 395MPa ‎2.2)

L’équation (2.2) propose une approximation de la contrainte à la rupture dans le

FRP de 80% de la contrainte effective de calcule. Puisque la contrainte maximale

admissible dans le PRF est de 90% de la contrainte de calcule, ce qui suppose que

l’écrasement du béton peut se produire. En outre, on suppose que la conception

voudrait essayer de serrer le système de PRF autant que possible pour obtenir un

modèle économiquement efficace.

Ainsi,

Ou en utilisant un calcule de surface, où n est le nombre de plis de

tissus PRF, t est l’épaisseur de celle-ci, et w sa largeur normalement considérée égale

à la largeur de la poutre pour faciliter l’application.

Rapporté par

le fabricant De calcule

6

Notes

Résistance

ultime à la

traction

f*fu=650 MPa

CE= facteur de réduction

environnementale=0.957

Déformation

ultime de

rupture

e*fu=0.015

Module de

Young 40000 MPa 40000 MPa

épaisseur, tf 1.05 mm 1.05 mm

Largeur, wf 300 mm 300 mm Tableau 3: Propriétés du PRF

8

On trouve donc :

5 ACI440.2R-08, sec. 10.2.10, eq. 10-13 6 ACI440.2R-08, sec. 9.4, eq. 9-3 7 ACI440.2R-08, sec.93 table 9.1 8 Ces valeurs sont arbitrairement choisies dans le but de l’exemple et ne réfèrent pas

nécessairement à un certain fabricant ou type de PRF.

3. Etape 2 : Calcule de l’axe neutre et de l’equilibre

Analyse en section transformée :

Taux d’armatures :

coefficient d’équivalence élastique :

Hauteur élastique de l’axe neutre transformé9 :

√

Inertie de la section transformée :

Déformation existante en sous-face du béton au moment d’installation des PRF10

Déformation du PRF en mode de rupture « décollement »11

√

Dans la partie suivante, on estime d’abord c=103mm (déjà calculé).

Déformation effective en PRF atteint à la rupture12

(

)

(‎3.1)

( ) (

)

Figure 3: triangle semblables calcule de εc

9 Composites for Construction - Structural Design with FRP Materials (Malestrom), Laurence C.

Bank, pg.250 10 ACI440.2R-08, sec. 10.2.3 11 ACI440.2R-08, sec. 10.1.1, eq.10-2 12 ACI440.2R-08, sec. 10.2.5, eq.10-3

Déformation des armatures existantes13

( ) (

) (3.2)

Parsuite on trouve les contraintes existantes dans le PRF et les armatures14

:

(3.3)

(3.4)

Déformation correspondante à f’c15

Pour résoudre la profondeur de l'axe neutre, c16

(3.5)

Où les valeurs de α1 et β1, qui sont maintenant différentes de leurs valeurs lorsque

εc = εcu=0.003, peuvent être estimés avec une précision raisonnable en utilisant les

expressions suivantes recommandée par le comité ACI qui ont été dérivée en

supposant une relation parabolique pour la courbe contrainte-déformation du béton en

compression :

On distingue que c calculée suivant l’Eq. (3.5) est différente que celle estimée au

début, en effet ;

Pour résoudre la profondeur de l'axe neutre, c, une procédure de résolution

itérative, recommandée par le comité ACI440, peut être utilisée.

Tout d’abord, une valeur initial de ci est estimé (ici on a commencé par la valeur

calculé par l’équilibre initial), ensuite, on calcule les déformations et les contraintes

des équations (3.1) à (3.4) dont on en déduit une valeur nouvelle de cf suivant l’Eq.

(3.5).

Si ci et cf sont bien correspondantes on peut conclure un équilibre, sinon une

nouvelle valeur c sera prise (généralement la dernière valeur calculée) et on applique

cette itération jusqu’à avoir une convergence entre ci et cf c’est-à-dire avoir un

équilibre de la section.

13 Suivant le même raisonnement de triangles semblables, ACI440.2R-08, sec. 10.2.10, eq.10-10 14 ACI440.2R-08, sec. 10.2.10, eq.10-9 et 10-11 15 ACI440.2R-08, sec. 2.1 « » 16 ACI440.2R-08, sec. 10.2.10, eq. 10-12

Dans le tableau suivant on présente les différentes itérations de cet exemple et leurs

résultats correspondants :

ci fs ffe cf Equilibre?

ITERATION 1 145.2

mm 0.008 0.0079

400

MPa

334.8

MPa 0.8034 0.9244

121.8

mm NON

ITERATION 2 121.8

mm 0.008 0.0079

400

MPa

334.8

MPa 0.7602 0.9087

130.9

mm NON

ITERATION 3 130.9

mm 0.008 0.0079

400

MPa

334.8

MPa 0.7751 0.9242

126.3

mm NON

ITERATION 4 126.3

mm 0.008 0.0079

400

MPa

334.8

MPa 0.7672 0.9177

128.5

mm NON

ITERATION 5 128.5

mm 0.008 0.0079

400

MPa

334.8

MPa 0.7708 0.9212

127.4

mm NON

ITERATION 6 127.4

mm 0.008 0.0079

400

MPa

334.8

MPa 0.7690 0.9195

127.9

mm NON

ITERATION 7 127.9

mm 0.008 0.0079

400

MPa

334.8

MPa 0.7699 0.9203

127.7

mm NON

ITERATION 8 127.7

mm 0.008 0.0079

400

MPa

334.8

MPa 0.7695 0.9200

127.8

mm NON

ITERATION 9 127.8

mm 0.008 0.0079

400

MPa

334.8

MPa 0.7697 0.9201

127.7

mm NON

ITERATION 10 127.7

mm 0.008 0.0079

400

MPa

334.8

MPa 0.7696 0.9201

127.8

mm NON

ITERATION 11 127.8

mm 0.008 0.0079

400

MPa

334.8

MPa 0.7696 0.9201

127.7

mm NON

ITERATION 12 127.7

mm 0.008 0.0079

400

MPa

334.8

MPa 0.7696 0.9201

127.7

mm OUI

Tableau 4: intération de calcule de c et de l'equilibre

4. Etape 3 : Vérifications

Moments Résistants nominales17

Contribution des armatures :

(

)

Contribution des PRF :

(

)

Un facteur de réduction supplémentaire 18

est appliqué à la contribution du

renforcement PRF pour refléter les incertitudes intrinsèques aux systèmes de PRF par

rapport au béton armé.

Moment de la section :19

( )

Donc la section renforcée n’est pas capable de reprendre le nouveau moment Mu,

pour cela on refait le calcule en ajoutant une 3eme

couche de tissus de PRF.

Le calcule nécessaire donne, après 13 itérations, les résultats suivants :

Parsuite,

Vérification des contraintes à l’état de service :

Hauteur élastique de l’axe neutre transformé :

√ (

) (4.1)

20

Avec,

Donc k=0.346,

17 ACI440.2R-08, sec. 10.2.10, eq. 10-13 18 Page 3 de cet annexe 19 ACI440.2R-08, sec. 10.1 eq. 10-1 20 Selon ACI440.2R-08, et Composites for Construction - Structural Design with FRP Materials

(Malestrom), Laurence C. Bank

Contrainte dans l’armature21

:

* (

)+ [ ]

(

) (

)

Avec Ms=MG+MQ=288KN.m, On peut dire que la contrainte dans l’armature reste

alors sous les limites recommandés par le comité.

Vérification en mode de rupture « fluage »

Contrainte en service dans les tissus PRF22

:

La contrainte en service est à comparer avec les contraintes de service limites

des charges continues et cycliques23

Type de fibres

PRFG PRFA PRFC

Glasse Aramide Carbone

Non Acceptable Acceptable Acceptable Tableau 5: Contraintes limites en charges continues et cycliques

(ACI440.2R-08, sec. 10.2.9, tableau 9.1)

Ainsi, en utilisant 3 couches, de PRFA ou PRFC, d’épaisseurs 1.05mm, de largeur

300mm, de capacité 650MPa, de déformation limite de 15‰ et de module d’élasticité

de 40000MPa, le renforcement en flexion de la poutre sera capable de soutenir les

ajouts de charges prévues.24

21 ACI440.2R-08, sec. 10.2., eq. 10-6 et sec. 10.2.10.1, eq. 10-14 22 ACI440.2R-08, sec. 10.2.10.1, eq. 10-15 23 ACI440.2R-08, sec. 10.2.9 24 Bien sûre, les propriétés indiquées sont choisi arbitrairement pour l’exemple.

TABLE DE MATIERES

1. HYPOTHESE ............................................................... 1

2. ETAPE 1 : TROUVER LA SECTION, AF, DU TISSUS PRF ............... 2

3. ETAPE 2 : CALCULE DE L’AXE NEUTRE ET DE L’EQUILIBRE ....... 4

4. ETAPE 3 : VERIFICATIONS .............................................. 7

LISTE DES FIGURES FIGURE 1: POUTRE SUJET DE RENFORCEMENT ........................................... 1

FIGURE 2: CHERCHONS C SUIVANT WHITNEY'S RECTANGULAR

STRESS DISTRIBUTION (LOI PARABOLE RECTANGLE) ............................. 2

FIGURE 3: TRIANGLE SEMBLABLES CALCULE DE ΕC ............................... 4

LISTE DES TABLEAUX TABLEAU 1: PROPRIETES DU BETON ET L'ACIER........................................ 1

TABLEAU 2: CHARGES, MOMENTS ET METHODES DE CALCULE .......... 1

TABLEAU 3: PROPRIETES DU PRF ...................................................................... 3

TABLEAU 4: INTERATION DE CALCULE DE C ET DE L'EQUILIBRE ....... 6

TABLEAU 5: CONTRAINTES LIMITES EN CHARGES CONTINUES ET

CYCLIQUES ................................................................................................................ 8

REFERENCES ACI 318M-11.

ACI 440.2R-08-Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP

Systems for Strengthening Concrete Structures.

Composites for Construction - Structural Design with FRP Materials (Malestrom)

by Laurence C. Bank.

Flexural Capacity of FRP Strengthened Unbonded-Prestressed Concrete Members:

Proposed Design Guidelines by F. M. El Meski & M. H. Harajli.

RENFORCEMENT EN FLEXION DE POUTRES EN BÉTON ARMÉ A L'AIDE

DE PLAQUES EN MATÉRIAU COMPOSITE RÉALISÉES IN-SITU- Mémoire

présenté a la faculté des études supérieures de l'Université Laval par Philippe

DUQHETTE.

Arduini, M., and Nanni, A. (1997), Behavior of precracked RC beams strengthened

with carbon FRP sheets, Journal of Composites for Construction, Vol. 1, No. 2.

Barbero, E. J. (1999), Introduction to Composite Materials Design, Taylor &

Francis,Philadelphia.

FRP Composites for Reinforced and Prestressed Concrete Structures: A guide to

fundamentals and design for repair and retrofit, By Perumalsamy Balaguru, Antonio

Nanni, James Giancaspro