Avec l'augmentation des maladies et du vieillissement des structures, les travaux de réparation et de renforcement des structures connaissent une croissance exponentielle. Le développement de l'industrie du renforcement a conduit à l'utilisation de nombreuses nouvelles technologies. Autrefois, le béton armé était le seul matériau de renforcement, mais il a évolué vers une variété de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies largement utilisés. Les tissus en fibre de carbone, souvent cités, sont l'un des matériaux les plus représentatifs du renforcement du béton.

Les tissus en polymère renforcé de fibres de carbone (PRFC) se caractérisent par leur légèreté, leur haute résistance, leur qualité et leur facilité de construction. Ils agissent efficacement sur la structure en flexion, améliorent sa capacité portante et prolongent sa durée de vie, notamment pour les sections spéciales. Cependant, malgré leur qualité apparente, ces tissus présentent des inconvénients qui affectent le renforcement structurel.

Inconvénients des tissus en fibre de carbone pour le renforcement

Premièrement, les tissus en PRFC sont utilisés pour renforcer les éléments structurels. L'augmentation de la capacité portante des sections normales ne doit pas dépasser 40 %, et la capacité portante en cisaillement doit être vérifiée. Cette réglementation vise à prévenir la rupture par cisaillement des éléments en flexion lorsque la capacité portante est augmentée. Une augmentation de seulement 40 % limite la résistance du PRFC, ce qui entraîne un gaspillage de matériaux à haute résistance.

De plus, la double force est l'une des principales raisons pour lesquelles les tissus en fibre de carbone ne peuvent pas déployer pleinement leur résistance. La norme exige que le déchargement soit effectué au préalable lors de l'utilisation de tissus en fibre de carbone pour la construction, afin de réduire l'influence des forces secondaires. En résumé, la force secondaire désigne les structures en flexion courantes, telles que les poutres et les plaques, qui, sous l'action de la charge supérieure, subissent une déformation en traction. Si le PRFC n'est pas déchargé et directement lié, sa déformation en traction sera retardée par rapport à la déformation de la poutre et de la plaque, ce qui entraînera une déformation du PRFC uniquement après une nouvelle déformation de la poutre et de la plaque, laquelle fournira une contrainte de traction à ces dernières. La force secondaire affecte gravement la résistance du tissu en fibre de carbone, et peut même entraîner une rupture de la structure.

En fait, la résistance du PRFC est également liée à un autre facteur : le taux de renforcement de la structure d'origine. À l'état limite, la résistance de la plaque en PRFC est limitée par la déformation de la structure d'origine, qui est directement liée au taux de renforcement de cette dernière. Si le taux de renforcement de la structure d'origine est élevé, la contrainte produite par le PRFC à l'état ultime sera faible. Si le taux de renforcement de la structure d'origine est faible, la contrainte produite par le PRFC à l'état final sera élevée et la résistance sera pleinement exercée.

Nouvelles solutions

On constate que les nombreux inconvénients des tissus en fibre de carbone sont dus, en fin de compte, à une trop grande passivité du renforcement. Ce problème est courant avec une série de matériaux de renforcement, tels que les feuilles de fibre de carbone, qui ne peuvent qu'améliorer la capacité portante de la structure, mais pas sa contrainte interne. Par conséquent, des méthodes de renforcement plus efficaces doivent être adoptées, soit pour optimiser l'utilisation des matériaux, soit pour améliorer la force interne de la structure.

L'émergence des stratifiés FRP précontraints a grandement contribué à résoudre ces problèmes. Leur principale avancée réside dans la transformation radicale des caractéristiques de renforcement passif des matériaux et leur rôle actif dans le renforcement des structures grâce à la technologie de précontrainte. Ils permettent d'améliorer efficacement l'état de contrainte de la structure, d'en améliorer la capacité portante et d'en alléger la charge. Parallèlement, ils optimisent les performances des matériaux et optimisent l'utilisation des ressources.