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1 - GRANDES FAMILLES POUR LA CONSTRUCTION

2 - FRP COMME ARMATURES PASSIVES POUR BÉTON ARMÉ

3 - CONCLUSION GÉNÉRALE

Article de référence | Réf : C950 v1

Grandes familles pour la construction
Polymères renforcés de fibres (FRP) - Identification et champs d'application

Auteur(s) : Patrice HAMELIN

Date de publication : 10 août 2010

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RÉSUMÉ

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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ABSTRACT

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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-c950


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1. Grandes familles pour la construction

1.1 Situation

Les polymères renforcés par fibres (FRP ou PRV) sont essentiellement constitués de fibres continues, ou discontinues, imprégnées par des résines (figure 1 ). Les fibres ou renforts textiles (figure 2 ) présentent des résistances en traction et des modules d'élasticité nettement supérieurs aux matrices polymères qui assurent la cohésion du matériau composite.

Le traitement de surface des fibres (ensimage textile) joue un rôle prépondérant sur les propriétés finales du composite qui dépendent de l'adhésion fibres/matrice.

Le polymère influence considérablement la tenue à l'endommagement et la durée de vie du composite (fatigue, vieillissement physico-chimique) dans la mesure où la redistribution des charges sur les fibres saines, lors de la rupture d'un filament, est assurée par la matrice (figure 3 ) et que la protection des renforts vis-à-vis des actions extérieures (ultra violet, hygrométrie,...) est garantie par la matrice et sa tenue...

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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...

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