1. Présentation

Actuellement, de nombreux ponts en béton armé nécessitent des armatures. La méthode de renforcement classique consiste à fixer des éléments de traction à la surface des composants d'origine, tels que des plaques d'acier, des barres d'armature et des toiles de carbone. Ces dix dernières années, le polymère renforcé de fibres (PRF) a été de plus en plus privilégié par les ingénieurs comme matériau de renforcement, principalement en raison de sa légèreté, de sa haute résistance, de sa souplesse, de sa facilité d'utilisation et de sa bonne résistance à la corrosion. Un pont renforcé de fibres de carbone (PRFC) peut améliorer considérablement sa résistance à la flexion. Cependant, la principale raison de ces doutes réside dans la facilité d'ouverture de la fibre de carbone.

Les recherches montrent que lorsque la contrainte du PRFC atteint environ 50 % de sa résistance à la traction, la colle se détache et l'armature se rompt. Par conséquent, la résistance à la traction de la fibre de carbone n'est que de moitié, l'autre moitié étant perdue.

La faible capacité du béton à résister à la traction et au cisaillement limite le développement des capacités du PRFC. Généralement, l'ouverture de la colle commence par les fissures de cisaillement du béton. Ces fissures se produisent à l'interface entre le béton et le PRFC, ou à la hauteur des barres d'acier de traction. Afin d'exploiter pleinement le potentiel de traction du matériau et d'empêcher le décollement de la colle, les ingénieurs et techniciens ont adopté de nombreuses méthodes d'ancrage, parmi lesquelles l'effet de l'augmentation de la longueur de liaison des fibres de carbone pour résister au décollement de la colle n'est pas évident.

2. Méthodes d'ancrage existantes

2.1 Ancrage par cerclage en U

Lorsque des poutres en U sont renforcées avec du PRFC, des ancrages sont souvent fixés aux extrémités d'un tissu de carbone. Le cerclage en U est lui-même constitué d'un tissu de carbone d'une largeur de 10 à 20 cm. La bande de carbone est passée autour de la base de la poutre et collée sur le côté, formant ainsi un U. Si les conditions le permettent, le tissu de carbone peut être utilisé pour entourer toute la poutre, ce qui améliorera l'effet.

Actuellement, un cerclage est souvent ajouté aux deux extrémités de la fibre de carbone, mais l'étude souligne que l'ancrage n'est pas optimal. Un cerclage en U multicanaux doit être installé sur toute la longueur du tissu de carbone, de préférence un cerceau par mètre. La zone médiane étant la plus sujette au délestage, des cerclages doivent être ajoutés. Le cerclage en U près du support doit être prolongé au maximum afin de maximiser l'effet de cisaillement.

2.2 Méthode d'enrobage de plaque de carbone

Cette méthode utilise un panneau de fibre de carbone plutôt qu'un tissu de carbone. La section de la plaque de carbone peut être déterminée selon les besoins. Les dimensions courantes sont de 1 à 2 cm, l'épaisseur de 1,4 à 2 mm et la longueur est illimitée. Une rainure est d'abord pratiquée dans la couche de protection en béton. Sa largeur est légèrement supérieure à celle de la plaque. Les rainures sont ensuite nettoyées et remplies de résine époxy, puis la plaque de carbone est encastrée, puis extrudée, puis lissée et rognée. Grâce à ses trois surfaces de contact avec le béton (une seule étant recouverte de tissu de carbone), la plaque de carbone assure une adhérence optimale et réduit le travail de traitement de la surface du béton.

2.3 Méthode d'ancrage par clou

La méthode d'ancrage par clou consiste à enfoncer un clou sur toute la longueur du tissu de carbone tous les 30 cm après l'insertion du tissu ou de la plaque de carbone. Des clous en acier sont enfoncés dans le béton de chaque côté du tissu de carbone, et les petites plaques d'acier sont pressées fermement contre le tissu de carbone pour l'ancrer.

Le matériau utilisé pour l'ancrage par faisceau de fibres est le même que celui utilisé pour l'ancrage par cerclage en U. Un faisceau de fibres de carbone est d'abord découpé à la longueur requise, puis immergé dans la résine époxy. La section de renfort est ensuite perforée pour l'insertion du clou. Une plaque de carbone (tissu) est ensuite collée pour recouvrir le trou. Une fois la résine époxy du faisceau de fibres solidifiée, celui-ci est inséré dans le trou à travers le tissu de carbone. Enfin, l'extrémité exposée du faisceau de fibres est étalée horizontalement et collée sur la plaque de carbone, de forme circulaire ou en épaulement (voir figure 1).

Pour obtenir un ancrage optimal, certains paramètres, tels que la profondeur de perçage, le diamètre et la forme aplatie, doivent être étudiés.

3. Conclusion

Lorsque le PRFC est utilisé pour renforcer les poutres, si le PRFC n'est pas fixé, la colle se détache et sa force de traction ne représente que la moitié de sa capacité de traction. Après un ancrage avec un ancrage à faisceau de fibres, le potentiel de traction est pleinement exploité, la capacité de flexion des poutres renforcées est considérablement améliorée et la quantité de matériaux est économisée.

La profondeur de perçage de l'ancrage à faisceau de fibres doit être d'au moins 5 cm de béton. Cette profondeur permet non seulement d'assurer une bonne transmission des forces, mais aussi d'éviter l'éclatement de la couche de protection du béton. De plus, les ancrages à faisceau de fibres respectent le principe de finesse et de densité, offrant une force de transmission uniforme et un bon effet d'ancrage. Un ancrage à faisceau de fibres bien installé permet d'exploiter pleinement sa capacité de traction ; même en cas d'ouverture de la colle, l'ancrage peut toujours transmettre la force de traction du tissu de carbone au béton.