Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
Les matériaux composites associant matrices polymères et fibres textiles connaissent un développement important dans le domaine de la construction. Cet article fait état des principales formulations et techniques de transformation des polymères renforcés de fibres (FRP). Il présente également les grands domaines dans lesquels ces matériaux sont utilisés dans le cadre du génie civil ainsi que les caractéristiques des armatures composites de renforcement du béton armé, en substitution à l'acier. Dans le but de faciliter les procédures de dimensionnement, des méthodes de calcul prévisionnelles (issues des recommandations européennes) permettant d'évaluer les propriétés instantanées et différées des FRP sont proposées. L'ensemble de ces données est utilisé dans les règles de calcul développées par l'Association Française de Génie Civil en continuité avec les normes spécifiques au béton armé.
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Composite materials associating polymer matrices and textile fibers are experiencing a significant development in the building sector. This article deals with the major formulations and transformation techniques for fiber-reinforced polymers (FRPs). It also presents the major domains in which these materials are used in civil engineering as well as the characteristics of the composite reinforcements for concrete as substitutes for steel. In order to facilitate dimensioning processes, predictive calculation methods (derived from European recommendations) allowing for the assessment of the instant and differed properties of the FRPs are offered. This set of data is used in compliance with the calculation rules developed by the French Civil Engineering Association and the specific standards of reinforced concrete.
Auteur(s)
-
Patrice HAMELIN : Ingénieur INSA génie civil - Docteur ès sciences - Professeur des universités (université de Lyon)
INTRODUCTION
Depuis une trentaine d'années les matériaux composites associant les matrices polymères à des renforts textiles ont été progressivement introduits dans le domaine de la construction. Leurs propriétés de tenue à la corrosion est à l'origine des premières réalisations industrielles dans le domaine du génie chimique.
La notion de multi-matériaux au sein de structures de type sandwich a ouvert le champ d'application des panneaux de façade, des panneaux de couverture dans le domaine du bâtiment, en combinant notamment des propriétés mécaniques et d'isolation thermique. Au regard des performances de résistances et de rigidités spécifiques de matériaux, tels que les composites carbone-époxy développés pour les applications aéronautiques, de potentielles avancées technologiques ont permis de faire évoluer les procédés constructifs des ouvrages d'art en cherchant soit :
-
à substituer aux câbles et haubans métalliques des câbles composites ;
-
à remplacer les tabliers traditionnels en béton armé par des éléments composites type caissons, sandwichs ou mixtes.
Lors de ces dix dernières années, dans un contexte général visant à améliorer la durabilité et la sécurité des bâtiments et des infrastructures existants, pour des conditions d'exploitation en service de plus en plus contraignantes et des conditions de sollicitations extrêmes (explosion, séisme) les composites FRP se sont affirmés comme des procédés de renforcement et de réparation particulièrement performants.
L'expérience acquise dans le domaine de la réparation et une meilleure évaluation de la durabilité de ces matériaux, dans les conditions d'environnement spécifiques au génie civil, ont permis de développer des marchés de niche pour lesquels les propriétés de tenue à la corrosion, les propriétés d'amagnatisme des FRP permettent de remplacer des armatures métalliques (acier, acier inoxydable) pour la réalisation d'ouvrages en béton souterrains, en sites marins, au sein d'installations industrielles spécifiques.
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2. FRP comme armatures passives pour béton armé
2.1 Armatures composites
En associant les matrices thermo-durcissables (polyester, époxy) avec différentes fibres (verre, carbone) par des techniques de transformation de pultrusion, il est possible de réaliser des armatures (barres de différentes sections) composites pour le renforcement du béton ou d’autres matériaux de construction (figure 21).
Les tableaux 10 et 11 donnent, pour différentes compositions et formulations, des ordres de grandeur des propriétés physiques et mécaniques. Les expressions de calcul présentées en § 2.2 permettront de rechercher d’autres niveaux de performance en fonction des multiples, et potentielles, combinaisons de formulations.
Il faut remarquer que les résistances mécaniques sont plus fortes en traction par rapport à l’acier. Par contre, les valeurs de modules d’élasticité sont nettement inférieures à l’acier.
Il faut aussi signaler que les lois de comportement de ces armatures sont essentiellement linéaires jusqu’à rupture (figure 47 (site Schoeck-combar)), sans présenter le palier de ductilité des barres métalliques. Ce point pose de nombreuses difficultés aux ingénieurs pour dimensionner les ouvrages en respectant des critères de sécurité. La limite d’utilisation des armatures sera souvent déterminée en fonction d’une contrainte de service prenant en compte le vieillissement du matériau (cf. § 2.3. Durabilité des FRP). La ductilité pourra éventuellement être obtenue par des combinaisons de drapage, ou l’utilisation de matrices thermoplastiques.
Compte tenu des propriétés de moulage et de formage des joncs, il est possible de concevoir des demi-produits industriels élaborés sous forme :
-
de treillis (figures ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HAMELIN (P.) - Textiles composites for construction : cases of study and technological criteria bonded to their development. International conference on textile composite - Lyon. Vol. 1, p. 1-7, Techtextil (1998).
-
(2) - BONNEL (P.), HAMELIN (P.) - Geometrical and numerical modeling of textile structural composites - Computational mechanics. pp. 195-210. Elsevier editor (1994).
-
(3) - BIGAUD (D.), HAMELIN (P.) - A numerical procedure for elasticity and failure behaviour prediction of textile reinforced composites materials - Journal of thermoplastic composite materials. Vol. 12, pp. 201-213 (1999).
-
(4) - BIGAUD (D.), HAMELIN (P.) - Mechanical properties prediction of textile reinforced composite materials using a multi-scale energitical approach - Composite structures. Marshall Editor. Elsevier applied science. Vol. 38, N° 14, pp. 361-371 (1997).
-
(5) - HAMELIN (P.) - State of the art and scientific problems for the development of high performance composite in construction - 2nd International Conference on Carbon Composites. Arcachon – France (27-29 October...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Fibres, fils et tissus textiles
-
Fibres de carbone
-
Fibres aramides pour matériaux composites
-
Plastiques et composites
-
Viscoelasticité des polymères à l’état fondu. Rhéométrie en régime dynamique
-
...
ANNEXES
EUROCODE 2
BAEL
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
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ApATeCh
-
Cobrae
-
Composites World
-
Etandex
-
FiReP
-
Fortius
-
Freyssinet...
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