Les composites de polymère renforcé de fibres (FRP) sont largement utilisés pour le renforcement externe des structures en béton. Plusieurs familles de FRP, notamment CFRP, GFRP, BFRP et AFRP, sont disponibles, chacune présentant des comportements matériaux distincts. Le professionnel de conception agréé doit sélectionner un système FRP en fonction des conditions de service anticipées. Bien que les matériaux FRP alternatifs répondent à des applications de niche, le Polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP) se distingue pour la plupart des projets de réhabilitation structurelle les plus exigeants.

Ci-dessous, nous comparons la performance selon les critères de sélection essentiels afin d’identifier où le CFRP offre une performance supérieure.

Considérations environnementales

Les conditions environnementales affectent les résines et les fibres de tous les systèmes FRP. Les propriétés mécaniques, notamment la résistance à la traction, la déformation à la rupture en traction et le module d’élasticité, peuvent se dégrader lors d’une exposition à l’alcalinité, à l’eau salée, aux produits chimiques, à la lumière UV, aux températures élevées, à la forte humidité et aux cycles gel-dégel. Les valeurs de conception du matériau doivent prendre en compte cette dégradation.

Alcalinité et acidité

La performance à long terme d’un système FRP en environnements alcalins ou acides dépend à la fois de la matrice et de la fibre.

La fibre de carbone sèche et non protégée résiste tant aux attaques alcalines qu’acides. À l’inverse, la fibre de verre nue se dégrade progressivement sous exposition alcaline et acide. Avec une matrice de résine correctement choisie, les lamelles CFRP isolent les fibres de carbone des milieux corrosifs et résistent à la détérioration. Pour les structures en béton, les environnements côtiers à eau salée et les installations industrielles exposées aux produits chimiques, le CFRP offre une résistance à la corrosion à long terme plus fiable que le GFRP.

Dilatation thermique

Les systèmes FRP diffèrent par leur comportement de dilatation thermique, et les composants fibre et polymère au sein de chaque système FRP varient également.

La fibre de carbone a un coefficient de dilatation thermique proche de zéro. La fibre de verre a une dilatation thermique similaire à celle du béton, tandis que la résine polymère des systèmes de renforcement FRP a généralement un coefficient de dilatation thermique environ cinq fois supérieur à celui du béton.

La dilatation thermique de la fibre du CFRP, proche de zéro, réduit grandement le désaccord de déformation induit thermiquement entre le FRP et le substrat en béton. Bien que les calculs de différentiel de déformation soient complexes en raison de l’orientation des fibres, de la fraction volumique des fibres et de l’épaisseur de la couche adhésive, l’expérience pratique montre que les différences de dilatation thermique n’altèrent pas la liaison lors des fluctuations thermiques normales (±50°F / ±28°C). Cette caractéristique unique rend le CFRP préférable pour les structures exposées à de grandes variations de température.

Considérations de charge

Les conditions de charge affectent de manière unique les différents types de fibre. La sélection du FRP doit correspondre au régime de charge attendu.

Rupture par fluage (creep rupture) et fatigue

C’est ici que le CFRP montre son avantage le plus décisif.

Les systèmes CFRP résistent fortement à la rupture par fluage sous charge statique soutenue et à la rupture par fatigue sous charge cyclique. Le GFRP et le BFRP sont beaucoup plus sensibles tant aux charges soutenues qu’aux charges cycliques répétées.

Pour les ponts, les poutres de grue, les dalles industrielles et autres structures soumises à des charges mobiles récurrentes ou à une charge permanente à long terme, le CFRP est le système FRP privilégié pour garantir la sécurité structurelle à long terme.

Considérations de durabilité

Tous les systèmes FRP spécifiés doivent accomplir des essais de durabilité correspondant à l’environnement d’application, incluant les cycles chaud-humide, l’immersion alcaline, les cycles gel-dégel, l’exposition UV, la chaleur sèche et l’exposition à l’eau salée.

Pour les systèmes FRP qui enveloppent entièrement des sections de béton, les concepteurs doivent évaluer l’action gel-dégel, la corrosion de l’acier, les réactions alcali-silice, l’eau emprisonnée, la pression de vapeur et la transmission de vapeur d’humidité. De nombreux produits FRP forment une couche de surface imperméable ; des dispositions pour l’échappement de l’humidité sont requises là où la transmission de vapeur se produit.

Lors de la comparaison des résultats d’essais de durabilité à long terme, le CFRP maintient ses propriétés mécaniques de manière plus cohérente dans le temps que les systèmes FRP concurrents sous vieillissement environnemental agressif.

Résumé : Comment choisir entre les systèmes FRP

Choisissez le CFRP lorsque la raideur à la traction élevée, la haute résistance, l’excellente résistance à la fatigue et la stabilité à la corrosion à long terme sont des priorités. C’est la solution FRP principale pour la plupart des renforcements structurels, réhabilitations de ponts, renforcements sismiques et projets de charges lourdes soutenues/cycliques.

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