Le document traite du renforcement des poutres en béton armé à l'aide de matériaux composites à fibres de carbone, en soulignant l'importance de cette méthode pour réparer les structures affectées par des pathologies structurelles. Ces matériaux composites offrent des avantages significatifs par rapport aux méthodes traditionnelles, notamment en termes de légèreté, de résistance mécanique et de besoins d'entretien réduits. L'étude présente également des résultats expérimentaux démontrant l'efficacité de ces renforts dans le comportement des poutres sous charge.

1. République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de
l’Enseignement et de la recherche scientifique.
Département Génie Civil.
GC : 4 éme
année
MINI PROJET DE Technique de recherche /
THEME :
Renforcement des poutres soumises à la flexion par les matériaux
composite à fibre de carbone.
Dirigé par : Etudiée par :
Mme R-KATTEB. BOUZOUINA Anes Abdelmoutaal.
MANSOURI Redha.
Promotion NOV 2015
ENP:10, Avenue Hacene Badi, EL-Harrach, Alger
1

2. ‫ﻣﻠﺨﺺ‬
‫ﻗﺪ‬ ‫ﻋﻮاﻣﻞ‬ ‫ﻋﺪة‬ ‫ﺑﻔﻌﻞ‬ ‫ﺣﯿﺎﺗﮭﺎ‬ ‫ﻣﺪة‬ ‫ﺗﻨﻘﺺ‬ ‫ﺣﯿﺚ‬ ‫اﻟﻘﺮن‬ ‫ﻗﺮاﺑﺔ‬ ‫اﻟﻤﺴﻠﺤﺔ‬ ‫اﻟﺨﺮﺳﺎﻧﺔ‬ ‫اﻟﻤﻨﺸﺌﺎت‬ ‫اﺳﺘﻌﻤﺎل‬ ‫اﺳﺘﺪاﻣﺔ‬ ‫إن‬
‫اﻟﻤﻮاد‬ ‫ﺿﺮر‬ ‫و‬ ‫زاﺋﺪة‬ ‫ﺣﻤﻮﻟﺔ‬ , ‫اﻟﺘﺼﻤﯿﻢ‬ ‫أﺧﻄﺎء‬ ‫ﻣﻦ‬ ‫.ﺗﻜﻮن‬
‫ﺗﺪﻋﯿﻢ‬ ‫إن‬‫اﻟﻤﻮاد‬ ‫ﺑﻮاﺳﻄﺔ‬ ‫اﻟﺘﺪﻋﯿﻢ‬ ‫ﺑﯿﻨﮭﺎ‬ ‫ﻣﻦ‬ ‫ة‬ ‫ﺟﺪﯾﺪة‬ ‫طﺮق‬ ‫اﺑﺘﻜﺎر‬ ‫ﺣﺘﻢ‬ ‫زاﺋﺪة‬ ‫اﺟﮭﺎدات‬ ‫ﺗﺄﺛﯿﺮ‬ ‫ﺗﺤﺖ‬ ‫اﻟﻤﻨﺸﺌﺎت‬
‫ﻣﺰاﯾﺎ‬ ‫ﻋﺪة‬ ‫ﺗﻤﺘﻠﻚ‬ ‫أﻧﮭﺎ‬ ‫ﺣﯿﺚ‬ ‫اﻟﺘﻘﻠﯿﺪﯾﺔ‬ ‫ﺑﺎﻟﻤﻮاد‬ ‫ﻣﻘﺎرﻧﺔ‬ ‫ﻓﻌﺎل‬ ‫ﻋﻨﺼﺮ‬ ‫ﺗﻤﺜﻞ‬ ‫اﻟﻤﺮﻛﺒﺔ‬ ‫اﻟﻤﻮاد‬ ‫ھﺪه‬ ‫إن‬ ‫ة‬ ‫اﻟﻤﺮﻛﺒﺔ‬
‫ﻣﻜﻠﻔ‬ ‫ﻏﯿﺮ‬ ‫ﺻﯿﺎﻧﺔ‬ ‫و‬ ‫اﻟﺘﺸﻜﯿﻞ‬ ‫ﺣﺮﯾﺔ‬ ‫ﻋﺎﻟﯿﺔ‬ ‫ﻣﯿﻜﺎﻧﯿﻜﯿﺔ‬ ‫ﻣﻘﺎوﻣﺔ‬ ‫وزﻧﮭﺎ‬ ‫ﺧﻔﺔ‬ ‫ﻣﺜﻞ‬ ‫ﻋﻤﻠﯿﺔ‬‫ﺔ‬
‫أﻛﺜﺮ‬ ‫اﻟﻤﺪﻋﻮﻣﺔ‬ ‫اﻟﻌﺎرﺿﺔ‬ ‫ﺳﻠﻮك‬ ‫ﯾﻜﻮن‬ ,‫اﻷﻗﺼﻰ‬ ‫ﺣﺪه‬ ‫اﻟﻤﻤﺪد‬ ‫اﻟﺘﺴﻠﯿﺢ‬ ‫ﯾﺒﻠﻎ‬ ‫ﻋﻨﺪﻣﺎ‬ ‫ﺑﺄﻧﮫ‬ ‫ﺑﯿﻦ‬ ‫اﻟﻤﻨﺤﻨﯿﺎت‬ ‫ﺗﺮﻛﯿﺐ‬
) ‫اﻟﺘﺴﻠﯿﺢ‬ ‫ﯾﺒﻠﻎ‬ ‫ﻻ‬ ‫ﻋﻨﺪﻣﺎ‬ ‫اﻟﻌﻜﺲ‬ ‫ﻋﻠﻰ‬ ,‫اﻟﻤﺪﻋﻮﻣﺔ‬ ‫ﻏﯿﺮ‬ ‫ﻣﺜﯿﻼﺗﮭﺎ‬ ‫ﻣﻦ‬ ‫ﻓﻌﺎﻟﯿﺔ‬PRFC‫ﺣﺪه‬ ‫اﻟﻤﺮﻛﺒﺔ‬ ‫ﺑﺎﻟﻤﻮاد‬ (
‫اﻷﻗﺼﻰ‬.
RESUME
Les ouvrages en béton armé demeurent en excellent état après plus d’un siècle d’ex-
ploitation, leur durée de vie diminue suite à une pathologie structurelle issue des er-
reurs de conception, des défauts de résistance dus à un chargement excessif ou des
dégradations de matériaux.
Le renforcement des structures existantes adaptées à des contraintes d’exploitation
additionnelles, implique un développement de méthodes nouvelles et innovantes
parmi lesquelles se situe le renforcement par ajout de renforts composites collés.
La superposition des courbes a montré que, quand l’acier tendu atteint leur limite
d’écoulement, le comportement de la poutre renforcée par PRFC est plus significatif
par rapport à celle seulement en béton armé. Le cas contraire se présente si les aciers
n’atteignent pas leurs limites d’écoulement.
ABSTRACT
The reinforced concrete works remain in excellent state after more than one century
of exploitation, their lifespan decreases following a structural pathology resulting from
the design errors, defects of resistance due to an excessive loading or material degra-
dations.
The composite materials have significant assets compared to traditional materials,
they bring many functional advantages such as: lightness, high mechanical resistance,
free shape, as well as a reduced maintenance.
The superposition of the curves showed that, when steels tended reached their limit
of yielding, the behaviour of the beam reinforced by PRFC is more significant com-
pared to that of reinforced concrete. The contrary case arises if steels do not reach
their limit of yield.
‫أ‬

3. TABLE DES MATIÈRES
1-Introuction 1
2-Généralités 2
2-1Définition 2
2-2Caractéristiques mécaniques des différents matériaux 2
2-2-1-Le béton : 2
2-2-2- l’acier : 4
2-2-3-Matériaux composites : 4
2-2-4 Les matrices : 6
3-Les différentes origines des dégradations : 7
3-1 Les dégradations dues aux attaques chimiques : 7
3-2 Les dégradations d'origine mécanique : 7
3-3 Les dégradations d'origine physique : 8
4- La méthodologie du diagnostic : 8
4-1 Examen visuel ou morphologique : 8
4-1-2 mesures in –situ : 9
5-DIFFERENTS METHODES DE RENFORCEMENT ET DE REPARATION : 10
6- Comportements des poutres en béton armé renforcées par des matériaux
composites :
11
6-1-Mécanismes de rupture des poutres renforcées 11
6-2/ Section non usuelle en béton armé non renforcée : 12
6-3-Analyse d'une section rectangulaire en béton armé non renforcée et
renforcée :
15
7-Conclusion 17
‫ب‬

4. LISTE DES FIGURES :
Figure 2.1 :Loi de comportement du béton. 3
Figure 2-2 : Dispositif pour l'essai de résistance à la flexion 4
Figure 2-3 Essai de traction par fendage et traction directe. 4
Figure 2-4 : comportement de l’acier en traction. 5
Figure 2-5: Organigramme des différentes familles de matrice. 7
Figure 4-1 : le scléromètre 10
Figure : 4-2 : Le profomètre 10
Figure : 4-3 : Le corrosimétre 10
Figure : 4-3 : L’Hygromètre 11
Figure 6-1 : Image à l’E.L.U d'une section non usuelle en béton armé 13
Figure 6-2 : Image à l’E.L.U d'une section non usuelle en béton armé
renforcée
15
Figure 6-3 : la superposition de deux comportement d'une section
rectangulaire renforcée et l'autre non renforcée.
17
‫ج‬

5. LISTE DES NOTATIONS
Ac (x): l’aire de la partie comprimée du béton, en fonction de x
Af : Aire de la section du renfort
As :Aire de la section d’aciers tendus
A's : Aire de la section d’aciers comprimé
u A : la section utile
b : largeur de la section
d : la hauteur utile de la section
d' : l’enrobage des armatures tendues.
Ec : Module d’Young du béton
Ef : module de Young de composite
Es : module de Young de l’acier
Fc : la force dans le béton
Ff : la force de traction du renfort
Fs’ : la force de compression des aciers comprimés
Fs : la force de traction des aciers tendus
fck : résistance caractéristique du béton obtenue à partir d’un cylindre
ff : contrainte dans le composite
fs : contrainte dans l’acier dans phase élastique
fs : la contraintes élastique des aciers comprimés
fyk : contrainte limite d’écoulement de l’acier
h : hauteur de la section
K1 : coefficient de remplissage
K2 : coefficient de positionnement .
lp : Hauteur de la section de la poutre cantilever prise égale à st
‫د‬

6. I-Introduction :
Les infrastructures de l’Algérie sont un immense réseau de routes, de bâtiments et de ponts
qui doit répondre aux besoins humains, tant économiques que sociaux. L'état actuel de ces
infrastructures est préoccupant. En effet, plusieurs d'entre eux montrent des signes de
détérioration importante. Les causes possibles sont nombreuses : le vieillissement des
matériaux, la corrosion, l'augmentation de la surcharge routière, une conception
inappropriée, des erreurs commises lors de la construction ou même une combinaison de ces
facteurs. La nécessité de résoudre ce problème n’offre que deux possibilité : reconstruire ou
réparer.
Traditionnellement, l’approche privilégiée était celle de la démolition. Cependant, pour des
raisons principalement économiques, un intérêt de plus en plus grand est porté à l’option de
renforcement-réparation.
La présente étude traite du renforcement structurale d’éléments en béton armé. Le
renforcement des structures de génie civil a pour but de réparer ou mettre en conformité des
ouvrages existants, soit pour des raisons de pertes des propriétés initiales, soit pour des
raisons de remise à niveau liées à de nouvelles normes ou de nouveaux usages.
Initialement des plaques d’acier collées sous les éléments en béton étaient utilisées comme
éléments de renforcement, mais elles ont été remplacées progressivement par les matériaux
composites. L’utilisation de plus en plus fréquente des matériaux composites s’explique d’un
part par leurs meilleures propriétés mécaniques et d’autre part, par l’amélioration des
procédés de fabrication et de mise en œuvre durant ces dernières décennies. Devenus plus
accessibles sur un plan économique, les matériaux composites sont une solution très
attractive pour répondre au besoin de renforcement des bâtiments et des ouvrages d’art.
Les ouvrages faisant objet de réparation et de renforcement suivant les prescriptions du
présent document peuvent être classés en fonction de leur importance : groupe 1 ouvrage de
grande importance tel que les grands hôpitaux, gares, mosquée. ouvrage d’importance
moyenne tel que bâtiment à usage habitation agence postales, bâtiment commerciaux
.construction relativement peu importance tel que construction provisoire ou industriel ….[1]
1

7. II -Généralités :
2-1-Définition :
Béton : Le béton est un matériau artificiel obtenu en mélangeant en proportions convenables
et de manière homogène du ciment (liant) des agrégats (sable + gravier) et de l’eau. [2]
Acier : L’acier est un alliage fer-carbone distingue acier doux (0,15 à 0,25 % de carbone) et
acier dur (0,25 à 0,5% de carbone).[3]
Béton armé : le béton armé est un matériau obtenu par le mélange de béton et de l’acier.
Cette association hétérogène des deux matériaux est basée essentiellement sur leur
possibilité d’adhérence.
Matériaux composites : c’est un matériaux de phase solide constituer au moins deux
constituants dont les qualités respectives se complètent pour former un matériau de
performance globales amélioré. [4]
Note : le béton constitué de granulats et de pâte de ciment et le béton armé sont considérés comme
des matériaux composites en génie civil.
2-2-Caractéristiques mécaniques des différents matériaux :
2-2-1-Le béton :
La caractéristique essentielle du béton durci est la résistance mécanique en compression à un
âge donné (28 jours). Le béton est un matériau travaillant bien en compression, dont la
connaissance de ses propriétés mécaniques est indispensable pour le calcul du
dimensionnement des ouvrages.
Lorsqu'il est soumis à l'action d'une charge rapidement croissante, le béton se comporte
comme un matériau fragile. D'une part, sa rupture n'est pas précédée de déformations
importantes et, d'autre part, sa résistance à la traction est beaucoup plus faible que sa
résistance à la compression.
La résistance du béton dépend d'un grand nombre de paramètres : le type et le dosage des
matériaux utilisés, le degré et la condition de réalisation etc.
a- La résistance en compression :
La résistance en compression à 28 jours est désignée par fc28. Elle se mesure par compression
axiale de cylindres droits de révolution et d'une hauteur double de leur diamètre. Le cylindre
le plus couramment employé est le cylindre de diamètre 16cm et de hauteur 32 cm .
2

8. Figure 2.1 :Loi de comportement du béton.
b- La résistance en traction :
Généralement le béton est un matériau travaillant bien en compression, mais on a parfois
besoin de connaître la résistance en traction, en flexion, au cisaillement. La résistance en
traction à 28 jours est désignée par ft28.
- La résistance en traction - flexion
Les essais les plus courants sont des essais de traction par flexion. Ils s'effectuent en général
sur des éprouvettes prismatiques d'élancement 4, reposant sur deux appuis (Fig2.2):
Soit sous charge concentrée unique appliquée au milieu de l'éprouvette (moment maximal au
centre).
• soit sous deux charges concentrées, symétriques, égales, appliquées au tiers de la por-
tée (moment maximal constant entre les deux charges (Fig2.2.A)).
• soit sous deux charges concentrées, symétriques, égales, appliquées au tiers de la
portée (moment maximal constant entre les deux charges (Fig2.2.B) :
3

9. A : charge concentré B : deux charge concentrées
Figure 2-2 : Dispositif pour l'essai de résistance à la flexion
La résistance en traction par fendage :
L'essai consiste à écraser un cylindre de béton suivant deux génératrices opposées entre les
plateaux d'une presse. Cet essai est souvent appelé "Essai Brésilien". Si P est la charge de
compression maximale produisant l'éclatement du cylindre par mise en traction du diamètre
vertical (fig2-3-A), la résistance en traction sera :
avec : j = Age du béton (en jours) au moment de l'essai ;
D et L = diamètre et longueur du cylindre.
La résistance en traction directe :
La mesure se fait par mise en traction de cylindres identiques à celle de la résistance en
traction par fendage, mais l'essai est assez délicat à réaliser car il nécessite, après sciage des
extrémités, le collage de têtes de traction parfaitement centrées, l'opération devant avoir lieu
sans aucun effort de flexion parasite. (fig2-3-B)
A- Par fendage B-traction directe
Figure 2-3 Essai de traction par fendage et traction directe.
2-2-2-Comportement de l’acier :
On considère l’acier travaillant uniquement en traction dans le béton armé. On fait l’hypo-
thèse que l’acier dans les zones de béton comprimé n’intervient pas dans la résistance du
béton armé. On peut distinguer plusieurs phases dans ce comportement (5) :
4

10. • Une première phase, élastique où les déformations sont réversibles et proportionnelles à la
sollicitation à laquelle est soumis l’élément en acier. Dans cette phase ce matériau suit la loi
de Hooke.
• La seconde phase, l’écrouissage, est une phase plastique. Des déformations irréversibles ap-
paraissent. Si on procède à une décharge puis qu’on sollicite à nouveau l’élément, sa limite
élastique sera au maximum atteinte avant la décharge.
• Une phase de striction. Une diminution de la section à un endroit donné et un allongement
de l’élément s’opèrent. (fig 2-4)
Figure 2-4 : comportement de l’acier en traction.
2-2-3-Matériaux composites :
Les matériaux composites (fibres renforcement polymère –FRP) sont composés de fibres
noyées dans une matrice. Dans le domaine du génie civil, les composites unidirectionnels sont
les plus courants.
Une fibre est une forme de matière extraordinaire possédant une résistance à la rupture et
souvent un module d’élasticité beaucoup plus élevé que ceux du même matériau sous forme
massive. Sous la forme d’un filament fin, les propriétés d’un matériau sont beaucoup plus
proches des valeurs théoriquement possibles que tout autre matière, surtout la résistance à
la rupture. En effet, la résistance à la rupture d’un matériau n’est pas une propriété
intrinsèque mais dépend des défauts présents à la surface ou dans le volume du matériau, qui
engendrent des concentrations de contrainte. [6]
On a plusieurs matériaux composite : à fibres de carbone, fibres organique fibres de verre
fibres oxydes, fibres de carbure de silicium.
A- Fibres de carbone :
Il existe deux types de fibre de carbone, celles à haute résistance (HR) issues d’une mise en
œuvre par carbonisation, et celles à haut module (HM) issues d’une fabrication par
graphitisation. Et pour chaque type il y a deux générations.
5

11. La fabrication des fibres de carbone fait appel à une technologie très délicate dont le processus
est décrit succinctement ci-dessous :
• Acrylonitrile
• Polymérisation.
• Filage.
• Oxydation à 200-300°C, 2-3heures sous air
• Carbonisation 1000-15000°C, 5mn sous N2 +traitement à haute température.
• Traitement de surface
• Ensimage
Les caractéristiques des fibres de carbone sont dans le tableau 2-1 :
Type de fibre Diamétre
(micro
metre )
Densité
(g/cm3)
Résistance à la
rupture en
traction (GPa)
Déformation à
la rupture en
traction (%)
Module
de young
(GPa)
Ex-Pan
Haute résistance
(1er génération)
7 1,8 4,4 1,8 250
Haute résistance
(2éme génération)
5 1,82 7,1 2,4 294
Haute module (1er
génération)
7 1,84 4,2 1,0 436
Haute module
(2ème génération)
5 1,94 3,92 3,92 0,7
Ex-brai
Dérivé du brai de
pétrole
11 2,10 3,7 0,9 390
Haute module dé-
rivé du brai de pé-
trole
11 2,16 3,5 0,5 780
Dérivé de la houille
de charbon
10 2,12 3,6 0,58 620
Haute module dé-
rivé de la houille
de charbon
10 2,16 3,9 0,48 830
Tableau 2.1 : Les caractéristiques des fibres de carbone.
2-2-3 Les matrices :
Les matrices, polymères en phase continue qui servent de liant, jouent un rôle physico-
chimique et thermique (protection des renforts, répartition des contraintes et transmission
de celles-ci aux renforts par l’intermédiaire de l’interface) et commandent les conditions de
mise œuvre. [6]
6

12. Pour les polymères utilisés comme matrice les composites à matrice thermodurcissable
représente 70% de l’ensemble de ces matériaux.
Résistance à la traction (MPa) 50 à 80
Module de traction (GPa) 3 à 10
Allongement à la rupture (%) 1 à 1.5
Résistance à la compression (MPa) 140 à 150
Résistance au choc (MPa) 7 à 10 KJ/ m2
Tableau 2.2 : Caractéristique mécanique des résines époxydes.
Figure 2-5 : Organigramme des différentes familles de matrice.
Les résines thermodurcissables sont les plus utilisées pour des raisons de prix et facilité de
mise en œuvre, d’ajustement de propriétés de performance finales.
Ce sont les polyesters insaturés qui sont les plus utilisés du fait grâce à leur excellent
compromis cout/performance. Pour l’usage technique se sont :
• Les résines époxydes pour l’application structurale, l’aéronautique …
• Les résines vinylesters pour leur tenue à la corrosion.
• Les résines phénoliques pour leur tenue au feu.
III-Les différentes origines des dégradations :
3-1 Les dégradations dues aux attaques chimiques :
La dégradation peut provenir d'une attaque chimique par un agent se trouvant :
7

13. - sous forme de gaz d'origine naturelle ou industrielle.
- sous forme liquide.
- sous forme solide du sol ou résidu industriel.
Elle peut aussi être d'origine interne :
- carbonatation du béton.
- corrosion des armatures.
- Attaque par les sulfates.
- Attaque par des acides.
- Alcali-réaction.
3-2 Les dégradations d'origine mécanique :
a) Erreurs de conception et d'exploitation
Les différentes erreurs de conception peuvent être résumées comme suit :
· un tassement.
· une poussée à vide dans les escaliers.
· une surcharge que la structure ne peut subir.
· un manque de joints.
· un manque d'armatures.
b) Défauts d'exécution
Les défauts d’exécution sont dus généralement à :
· une mauvaise position des armatures d'aciers.
· une mauvaise mise en œuvre du béton.
· un mauvais coffrage.
· une mauvaise formulation du béton.
· un recouvrement insuffisant des armatures d'aciers [8]
3-3 Les dégradations d'origine physique :
- Séisme.
- Incendie.
IV- La méthodologie du diagnostic :
Le déroulement du diagnostic comporte quatre volets :
8

14. - Un examen visuel ou morphologique
· Une estimation quantitative de la dégradation.
· Une estimation qualitative de la dégradation.
· La détermination des problèmes de structure.
- Des mesures in- situ (Appareillages de détection).
- L'analyse technique des mesures et essais, effectuée en laboratoire des éléments
- recueillis.
- La formulation des conclusions et recommandations.
Il faut cependant souligner que dans le cas général, un diagnostic reste une approximation
plus ou moins précise où il est rarement possible d'obtenir un recueil exhaustif des données.
4-1 Examen visuel ou morphologique :
L'examen visuel est la forme d'investigation la plus simple et la plus économique. Dans un
premier temps, il s'agit d'identifier la constitution des places permettant par ailleurs de définir
l'éventuel programme d'investigation complémentaire à envisager pour affiner le diagnostic.
Quel que soit leur origine, ces informations doivent être utilisées avec prudence, et surtout
pas comme des données de base du diagnostic ; elles sont plutôt à considérer comme des
éléments de recoupement des constats faits ultérieurement sur place ou comme des sources
d'indication sur la manière d'orienter le diagnostic. Ces informations sont obtenues par :
- une prise de photos.
- une identification et localisation des zones fortement sollicitées.
- une observation de zones critiques telles : joints, appuis, etc...
- la localisation des fissures.
4-1-2 mesures in –situ :
La détermination des caractéristiques : un niveau d’existence, de position et de la section des
armatures dans le béton, la dureté et la résistance du béton, le degré de corrosion et
d'oxydation des armatures. sur [9]:
A- Le scléromètre :
Cet instrument relativement simple à l'origine, permet d'estimer la résistance du b ton,
mesure la dureté superficielle du béton par rebondissement d'une masselotte.
Il est nécessaire de procéder à une quinzaine d'essais sur chaque zone testée pour déduire
une valeur moyenne représentative.
9

15. Le scléromètre est un instrument particulièrement
performent pour préciser l'homogénéité de la résistance du
béton aux différents points d'une structure, mais
l'information sur le béton reste imprécise par cette
méthode. (fig 4.1)
Figure 4-1 : le scléromètre
B- Le profomètre
Utilisé pour la détermination précise de la position et du
diamètre des armatures dans le béton.
Figure : 4-2 : Le profomètre
C- Le corrosimétre:
Employé dans le but de détecter la corrosion des armatures,
d'ouvrages en béton avant l'apparition des dommages
visibles, en mesurant le potentiel de surface du béton.
Figure : 4-3 : Le corrosimétre
D- La radiographie :
La gammagraphie fournit des informations multiples et très précises sur les armatures et les
défauts internes du béton :
L’analyse de la radiographie obtenue à travers les rayons traversant le béton est interprété
comme suit :
- trace claire => corps plus dense que le béton.
- trace noire => présence de vide.
E- Carottage:
Le prélèvement de carotte a comme but de faire des analyses en laboratoire.
F- Détecteur des fissures :
- Fissurométre.
- Extensomètre.
- Hygromètre.
10

16. Figure : 4-3 : L’Hygromètre
Pour l'évaluation de l'humidité, en surface et en profondeur, de parois de construction .cet
humidimètre permet de mesurer le taux d'humidité en profondeur de façon non destructive
par une méthode basée sur la radiofréquence.
V-DIFFERENTS METHODES DE RENFORCEMENT ET DE REPARATION :
• Réparation des fissures.
• Rajout d’armatures complémentaires.
• Mise en place des armatures complémentaires.
• Protection des armatures.
• Réfection des bétons
• Projection d'un béton
• Augmentation des sections par un béton additif
• Renforcement par platines métalliques
• Adjonction de matériaux composites (Polymères Renforcés en Fibres)
VI- Comportements des poutres en béton armé renforcées par des ma-
tériaux composites :
Le collage du tissu sur des surfaces tendues augmente la résistance ultime des poutres ren-
forcées, et en diminuant la flèche des structures, il augmente également leur raideur limitant
ainsi la propagation des fissures. Ce phénomène permet de diminuer la corrosion des arma-
tures et d’améliorer la durabilité des structures
6-1-Mécanismes de rupture des poutres renforcées
11

17. Dans le cas de poutres renforcées sous sollicitations de flexion, quatre modes de rupture sont
souvent constatés dans les études expérimentales : la rupture due à la flexion, celle due à
l’effort tranchant, celle due au décollement du tissu et celle due à la rupture de l’enrobage du
béton. Parmi celles-ci, le décollement du tissu et la rupture de l’enrobage du béton sont
prématurés et souvent brutaux.
La rupture en flexion des poutres renforcées est provoquée soit par la ruine du béton
comprimé, soit par l’importante plastification des armatures tendues, soit par la ruine du tissu
de FRP. En traction, le premier cas cité se produit brutalement lorsque les poutres sont
fortement armées, elles sont renforcées soit par trop d’armatures, soit par trop de tissu FRP.
En revanche, les deuxième et troisième cas concernent des poutres faiblement moyennement
armées, lors du dimensionnement des éléments, c’est la rupture par plastification des
armatures qui est visée. La rupture due à la rupture de l’enrobage de béton ou délaminage du
tissu composite provient de la concentration de contrainte de cisaillement dans la colle (la
couche du béton de l’enrobage). La résistance à la contrainte de cisaillement de la colle est
plus élevée que celle du béton, le décollement de tissu se produit donc toujours entre le béton
et la colle. Pour cette raison, sur le tissu décollé, il y a toujours des petits morceaux de béton.
La rupture due à la séparation de l’enrobage ou délaminage du tissu s’appelle ‘’rupture de
décollement’’.
Deux modes de rupture du décollement de tissu ont été observés : soit un décollement de
tissu débute aux extrémités du tissu, puis se propage vers le centre de la poutre ; soit un
décollement de tissu se produit localement dans les endroits où le moment fléchissant est le
plus important. Ce décollement de tissu se propage éventuellement vers les extrémités de
tissu.
Le premier mode de rupture provient de la concentration de contraintes à l’extrémité de tissu.
La deuxième forme de rupture provient de l’importante déformation du tissu provoquée par
la propagation de fissures dues à la combinaison des efforts tranchants et du moment
fléchissant.
Le décollement aux extrémités du tissu se produit habituellement lorsque trois conditions sont
remplies :
1-une faible portée de l’effort tranchant, ce qui produit un cisaillement important et un
décollement entre le tissu et la poutre, situé proche des appuis ;
2) les extrémités du tissu sont éloignées des appuis ;
3) l’application de tissu raide empêchant la flèche et produisant une contrainte de cisaillement
élevée prés des extrémités du tissu.
12

18. 6-2/ Section non usuelle en béton armé non renforcée :
Figure 6-1 : Image à l’E.L.U d'une section non usuelle en béton armé
Soit une section non usuelle à axe de symétrie vertical où As et A's représentent
respectivement la section d’armatures tendues et comprimées.
La distance entre la fibre la plus comprimée et le centre de gravité des armatures tendues
notée "d", est dite hauteur utile de la section.
La valeur de la déformation relative de la fibre la plus comprimée du béton est fixée à 3.50/00,,
pour une section à l'état limite ultime [4].
La compatibilité des déformations des matériaux : acier et béton, s'exprime par les relations
Suivantes :
(6-1)
(6-2)
Pour le bloc rectangulaire fictif des contraintes du béton :
- K1= 0.567
- K2 est le coefficient de positionnement pris égal à 0.4
A partir de l'équation d'équilibre des forces internes de la section :
(6-3) FC + FS = FS
où C F est la force de compression dans le béton
(6-4)
13

19. F’s est la force de compression au niveau des armatures comprimées.
(6-5)
Fs est la force de traction au niveau des armatures tendues.
(6.6)
L'équation d'équilibre devient alors :
(6-7)
En divisant les termes de l'équation par le terme de "Au" définissant une section
utile :
(6-8)
L'équation (6-8), représente une équation à trois inconnues interdépendantes : Ac(x), fs, f's,
qui ne peut être résolue que par la méthode d'essais successifs dont les étapes sont résumées
ci-dessous :
• Fixer la profondeur de l'axe neutre "x" pour une valeur balayant la section.
• Calculer les déformations relatives "εs" et "ε's" à partir des équations (6-1) et (6-2).
• Evaluer les contraintes fs et f's respectivement à partir des diagrammes contraintes
déformations appropriés.
• Injecter ‘x, fs, et f’s dans l’équation d’équilibre (6-7).
• Vérifier à travers l'équation (6-8) si l'équilibre est atteint, donc "x" est solution.
• Dans le cas contraire, le problème exigerait une succession des valeurs de "x" jusqu'à
ce que l'équilibre des forces soit atteint :
(6.9)
Une fois la profondeur de l'axe neutre est connue, le moment ultime de la section est défini
par :
(6-10)
14

20. 6- 2 Section non usuelle en béton armé renforcée :
Soit une section non usuelle renforcée à axe de symétrie vertical où: As, A's, repré-
sentent respectivement les sections des armatures tendues et comprimées, Af étant la
section du renfort.
Figure 6-2 : Image à l’E.L.U d'une section non usuelle en béton armé renforcée
La distance entre la fibre la plus comprimée et le centre de gravité des armatures tendues
notée "d", est dite : la hauteur utile de la section.
La valeur de la déformation relative de la fibre la plus comprimée du béton est fixée à 3.50/00
pour une section à l'état limite ultime.
La compatibilité des déformations des matériaux : l'acier, le matériau composite et le béton,
sont exprimés par les relations suivantes :
(6-1)
(6-2)
(6-11)
Avec :
t : l'épaisseur du renfort
K1 pris égal à 0.567.
K2 : le coefficient de positionnement est pris égal à 0.4
15

21. L'équation d'équilibre des efforts internes de la section renforcée s’écrit :
(6-12)
Où FC est la force de compression dans le béton
(6-4)
F’S est la force de compression des armatures comprimées.
(6-5)
FS est la force de traction des armatures tendues.
(6-6)
Ff est la force due au renforcement au moyen de matériau composite.
(6-13)
L'équation d'équilibre devient alors :
(6-14)
En divisant les termes de l'équation par le terme de "Au" définissant une section utile :
(6-15)
L'équation (6-15), était une équation à quatre inconnues interdépendantes : Ac(x), fs, f's,ff,
est devenue plus laborieuse que la précédente, et qui ne peut être résolue que par la
méthode d'essais successifs.
Les étapes à suivre dans cette méthode sont :
• Fixer la profondeur de l'axe neutre "x", commencer par x=d/2.
• Calculer les déformations relatives "εs", "ε's" et "εf ", à partir équations (6-1), (6-2) et
(6-11).
• Evaluer les contraintes fs , f's et ff respectivement à partir des diagrammes
contraintes-déformations appropriés.
16

22. • Injecter x, fs, f’s, ff dans l’équation d’équilibre.
• Vérifier à travers l'équation (5-14) si l'équilibre est atteint, donc "x" est solution.
Dans le cas contraire, le problème exigerait une succession de valeurs de "x" jusqu'à ce que
l'équilibre des forces soit atteint :
Une fois la profondeur de l'axe neutre est déterminer, le moment ultime de la section
s’exprime comme suit :
(6-16)
Divisant les deux termes de cette équation par "Au. d" , on obtient l'expression du
"moment réduit".
(6-17)
6-3-Analyse d'une section rectangulaire en béton armé non renforcée et
renforcée :
Pour un taux d'armatures comprimées fixe, l'évaluation du moment ultime réduit "Mu/bd2",
augmente conjointement avec le taux d'armatures tendues (ρs r ), jusqu'à un point
correspondant au point d'écoulement ( fig 5.9) , où la contrainte des armatures tendues (fs)
atteint sa limite d'écoulement (fyk). Au-delà de ce point de cassure l'évaluation du moment
ultime réduit "Mu/bd2" est peu considérable.
Le tronçon au-dessous du point de cassure de la courbe, représente une section où les
armatures tendues travaillent dans le plateau plastique donc la contrainte de ces armatures
(fs) atteint sa contrainte limite d'écoulement (fyk),.
Contrairement au second tronçon de la courbe, situé au-dessus du point de cassure présente
une section où les armatures n'atteignent pas leur limite d’écoulement. (fig6.3)
ρs’ : est le taux d'armatures comprimées.
17

23. Figure 6-3 : la superposition de deux comportement d'une section rectangulaire renforcée et
l'autre non renforcée.
18

24. VII-Conclusion :
Les principales conclusions peuvent être synthèsées comme suit :
• Intuitivement l’effet de rajout de CFRP est généralement positif, la présente étude
montre que cette effet est explicitement significatif sur le tronçon inférieur par rapport
au point de cassure de la courbe déjà représenté, lorsque les aciers auront atteint leur
limite d’écoulement. Contrairement, le tronçon au-dessus de ce même point de
cassure, dévoile que l’effet est négligeable, donc le taux d'armatures tendues est
suffisant, cela confirme que le renfort devient inutile dans cette partie.
• L’analyse de sections renforcées en PRFC et non renforcées, en flexion simple, a
confirmé que le renfort placé dans la partie tendue améliore la capacité flexionnelle
de la poutre.
• La tendance générale de l’effet positif du renforcement sur la capacité flexionnelle est
conforté par les résultats expérimentaux précédemment menés sur ce type de
renforcement au moyen de matériaux composites.
• Pour le rajout de deux à trois couches (0.8 à1.2 %) greffées sur la partie inférieure de
la poutre l’augmentation de la capacité flexionnelle n’est pas constante. [elle est
importante pour de petite valeurs de ρs d’un ordre de 23.62% est devient de moins en
moins importante pour des valeurs de ρs se rapprochant de la valeur critique (point de
cassure sur le graphe) et s’annule pour des valeurs de ρs supérieures à la valeur
critique).
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25. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
[1] Recommandation technique pour la réparation et le renforce-
ment des ouvrages Ministère de l’équipement et de logement P1
[2] cour de Boutemeur GC2015/2016 Enp.
[3] cour de Boutemeur GC2015/2016 Enp.
[4]Wikipédia.
[5] BA-CORTEX, 2013 cité par Pierre-Alexandre BRIEMEL PFE Simulation
numérique du renforcement de structures en béton armé par des renforts en
fibres végétales et comparaison au renforcement par des fibres de carbone.
[6] Matériaux composite CLAUDE BATHIAS ET COLL P6.
[7] Matériaux composite CLAUDE BATHIAS ET COLL P31.
[8] REHABILITATION ET RENFORCEMENT DE POUTRES AU MOYEN DES
MATERIAUX COMPOSITES P24 Mohcene BOUKHEZAR.
[9] fiche technique sika 2012.
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