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Ministère de l'Écologie, du Développement durable et de l’Énergie

Crédit photo : Arnaud Bouissou/MEDDE

Prise en compte des Risques Sismiques pour les Ouvrages d’Art

Renforcement des ouvrages d’art par matériaux composites

SADONE Raphaëlle, CETE de Lyon, DOA

2COTITA – Prise en compte des Risques Sismiques pour les Ouvrages d’Art – 23 avril 2013

Les matériaux composites en Génie Civil

Infrastructures soumises à de nombreux chargements accidentels (chocs, séismes)

+ Adaptation parfois nécessaire des structures existantes à l’évolution des

charges d’exploitation ou des réglementations

Nécessité d’une réévaluation des ouvrages et d’un renforcement de la structure afin :- d’augmenter sa durée de vie- de remettre à niveau par rapport aux actions dynamiques non prévues initialement

Une solution :Renforcement par Polymères Renforcés de Fibres (PRF)


Généralités sur les matériaux composites

Fibres : résistance, rigidité

Matrice polymère : protège et lie les fibres, transfère les efforts- matrices thermoplastiques- matrices thermodurcissables (vinylesters, polyesters, époxydes,..)


Différentes utilisations possibles pour les matériaux composites :

Tissu de confinement : renforcement à la compression

Renforts longitudinaux : renforcement à la flexion


Système tissu sec : composite stratifié in situ avec résine époxy

Système Plat pultrudé : composite fabriqué en usine puis collé sur la structure avec résine époxy

Tissu pour renforcement à l’effort tranchant


Zones de discontinuité des renforts composites aux nœuds poteaux-poutres ou poteaux-semelles => nécessitent un ancrage des renforts composites ….


(Image Freyssinet)


Avantages des matériaux composites :

- faciles et rapides à mettre en œuvre, très bonne adaptabilité aux diverses géométries (tissu souple)

- insensibles à la corrosion

- légers, n’apportent pas de masse à la structure => neutres vis-à-vis du comportement dynamique

- très bonnes caractéristiques mécaniques

- selon l’orientation des fibres, il est possible d’améliorer le comportement dans une seule direction



Attention : les propriétés de ce type de matériaux appliqués in situ dépendent fortement :

- des conditions de mise en œuvre

- de la qualité de l'application

CETE de Lyon, Département Laboratoire d’Autun : Une Équipe-Ressource « Collage et Matériaux Composites » (partie opérationnelle) s’appuyant sur l’Équipe Recherche Associée « Collage Structural Matériaux Composites »

Les compétences du CETE de Lyon


Les compétences du CETE de Lyon

Moyens à disposition :

Caractérisation mécanique:

● Essai sur joint à simple recouvrement (Méthode LPC N°72 – Avril 2010)

● Dispositif d'essai de traction par pastillage (EN1542)

● Presse Zwick de capacité 10kN (Essai de traction haltères de colle, essai de cisaillement interlaminaire AFGC, Essai de flexion 3 points NF EN ISO 178)

● Presse de compression hydraulique de capacité 3000kN (Essais Push-Out)

● Presse de flexion/compression de capacité 150kN

Machine de cisaillement

Presse Zwick

Traction par pastillage


Contrôle non destructif:

● Caméras thermiques Infrarouges

● Radar

● Sonde capacitive plane

● Matériel ultra-sons

L’Equipe-Ressource « Collage et Matériaux composites » du CETE de Lyon


Caractérisation physico-chimique:

● Laboratoire de chimie (extrait sec, teneur en cendres, masse volumique)

● Duromètre Shore D (NF EN ISO 868)

● Calorimètre à balayage différentiel (DSC) avec possibilité de modulation (NF EN 12 614)

● Visco-analyseur (Dynamic Mechanical Analyseur)

L’Equipe-Ressource « Collage et Matériaux composites » du CETE de Lyon


Exemples d’application en France et à l’étranger

En France, des exemples d’ouvrages renforcés par matériaux composites de plus en plus nombreux … (les premiers renforcements pas composites collés datent des années 1990)

●Sous traitance LR St Brieuc●Procédé V2C (VSL) = tissu sec stratifié in situ●Renforcement à l'intérieur du caisson

2011 : Chantier du Scorff (Lorient)


2011 : Renforcement du Viaduc d’accès Sud au pont de Saint-Nazaire

Sous traitance LR Angers Durée chantier 30 mois environ – 30 travées à renforcerProcédé V2C (VSL) Suivi de vieillissement prévu

renforcement

Platine d’ancrage



2012 : Passerelle du PL1 à Noves (Pipe-Line)

Entre autres renforcements, renforcement de certaines piles sous sollicitations accidentelles (séismes)



… et quelques ouvrages renforcés vis-à-vis du risque sismique à l’étranger


Renforcement du couronnement des piles vis-à-vis de l’effort tranchant + augmentation de la ductilité des piles sur le Pont d’Arroyo Quemado (Californie)

Réhabilitation sismique du Knight Street Bridge (Canada), les têtes de piles de répondant plus aux exigences de conception parasismique de Colombie-Britannique

(Images Fibrwrap Construction France)


Point normatif EC8-3 : aborde uniquement l’aspect chemisage par

matériaux composites (effort tranchant + confinement)

Guide AFGC : version actuelle de février 2011 traite du dimensionnement des matériaux composites de manière générale pour un renforcement vis-à-vis de la compression (confinement), de l’effort tranchant ou de la flexion mais ne traite pas l’aspect parasismique, ni certaines structures particulières (BP)

GT AFGC travaille actuellement à la parution d’un nouveau guide concernant des « Recommandations provisoires pour le renforcement parasismique » par matériaux composites, avec notamment la problématique du renforcement vis-à-vis de la flexion composée

Guide du SETRA « Diagnostic et renforcement sismiques des ponts existants » à paraître

Documents

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