Systèmes de renforcement structurel

avec les matériaux composites FRCM

Les systèmes de renforcement structurel Ruregold utilisent deux types de fibres différents, carbone et PBO (poly-paraphénylène-ben-zobisoxazole), deux matériaux synthétiques aux propriétés de performance mécaniques élevées capables d’absorber les contraintes générées par les surcharges et par les évènements exceptionnels, tels que les tremblements de terre. Les fibres PBO, employées pour les systèmes FRCM, comparées aux fibres de carbone, ont une résistance à la traction supérieure à 20 % et un module d’élasticité supérieur à 15 %.

Les systèmes de renforcement structurel FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) consistent en l'accouplement d’une fibre longue à hautes performances et d’une matrice inorganique utilisée comme adhésif, remplaçant les résines époxy des systèmes FRP traditionnels.

Ruregold a introduit une innovation mondiale dans le domaine des renforcements structurels en brevetant plusieurs systèmes
de renforcement FRCM
, dont chacun a été spécifiquement développé pour répondre aux besoins liés au renforcement
structurel des différentes structures existantes : les structures en béton armé et les structures en maçonnerie.

Les mortiers spéciaux sont formulés pour s’adapter à chaque type de système de renforcement de maille, assurant ainsi une adhérence efficace à la fois aux fibres structurelles du treillis et aux matériaux constituant le ravoirage, garantissant ainsi la haute fiabilité du renforcement structurel.

Les renforts composites Ruregold utilisent des fibres structurelles tissées avec une géométrie spécifique pour garantir une plus grande polyvalence d’utilisation, c’est-à-dire une plus grande capacité à gérer les contraintes même dans les situations de charge les plus complexes, telles que la flexion composée des poteaux, la résistance au cisaillement des panneaux, la flexion et le cisaillement des poutres, et les actions dans le plan et hors plan.

Avantages des systèmes de renforcement FRCM :

Application sur supports humides

Résistant au feu

Perméabilité à la vapeur

Matrice non toxique

Résistant aux hautes températures

Résistant aux cycles de gel/dégel

Facile à appliquer

Écologique

Compatible avec la maçonnerie

Ductilité

Protection passive

Réversible

FRCM: renfort parasismique

Propriétés des systèmes de renforcement structurel

L’intervention de renforcement structurel dans une zone sismique vise à adapter la structure à l’intensité de l’action sismique attendue. Les matériaux composites sont particulièrement adaptés à cet effet en raison de leur résistance, de leur légèreté et de leur facilité d’application, ce qui permet de localiser des interventions sélectives dans les zones critiques de la structure.

La stratégie de renforcement parasismique de l'existant vise à éliminer tous les mécanismes d’effondrement fragile des éléments de construction porteurs de charge et tous les mécanismes d’effondrement d’étage en correspondance des planchers, ainsi qu’à améliorer la capacité globale de déformation de la structure.

Cette exigence est principalement obtenue en augmentant la ductilité des rotules plastiques dans les structures en béton armé et en obtenant une action de boîte des éléments de maçonnerie porteurs afin de les rendre plus résistants aux actions horizontales, d’éliminer les poussées orthogonales aux murs porteurs ("pile") et de connecter les éléments porteurs perpendiculaires les uns aux autres.

La capacité de déformation de l’élément de renforcement et la capacité d'adhérence du renforcement à la structure, même au-delà de la première fissuration du support, sont d’une importance fondamentale pour l’efficacité et la fiabilité du renforcement parasismique de l'existant et ces caractéristiques sont garanties par tous les systèmes FRCM de Ruregold.

Application des renforcements structurels Ruregold à matrice inorganique

PHASES D’INSTALLATION

Préparation du ravoirage

Le support doit être exempt de poussières, traitements de surface, parties détachées, détériorées et mal adhérentes au ravoirage. Les éventuelles irrégularités ou défauts macroscopiques de la surface doivent être compensés par des mortiers de réparation adaptés à la nature du ravoirage afin de rétablir la planéité du support. Les bords doivent être arrondis jusqu’à un rayon de courbure de 2 cm.

PHASES D’INSTALLATION

Préparation de la matrice inorganique à base de ciment

La matrice inorganique est préparée comme un mortier normal en sac prêt à gâcher, c’est-à-dire en ajoutant simplement de l’eau et en mélangeant sans interruptions à l’aide d’un mélangeur ou, pour des quantités limitées, dans un seau à l’aide d’une perceuse à fouet pour une durée totale d’au moins 4-5 minutes.

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PHASES D’INSTALLATION

Mise en œuvre du système Ruregold

Le ravoirage doit être mouillé à refus sans eau de surface résiduelle. Appliquer la première couche de matrice avec une épaisseur mince environ de 3/5 mm à l’aide d’une taloche métallique lisse. Noyer le treillis dans le mortier, en exerçant la pression nécessaire à l’aide de la taloche pour faire sortir la matrice des trous du treillis. Appliquer la seconde couche de matrice inorganique avec une épaisseur comprise entre 3 et 5 mm, de manière à ce que le treillis soit entièrement recouvert. Prévoir un chevauchement d’environ 30 cm au niveau des points de jonction.

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PHASES D’INSTALLATION

Application possible d’une seconde couche du système

Si la conception prévoit plusieurs couches de renforcement superposées, procéder à la pose de la deuxième couche de treillis et de la dernière couche de matrice inorganique, toujours frais sur frais.

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PHASES D’INSTALLATION

Application possible d’un cordon en fibre

Pour s’assurer que l’élément renforcé est lié à la structure porteuse, il est nécessaire d’insérer des cordons en fibres de PBO dans le système. Une fois qu’un trou a été fait dans la structure porteuse, le remplir avec le mortier spécifique et insérer le joint. L’extrémité libre doit être ouverte et noyée dans la couche superficielle du mortier qui recouvre le treillis du renforcement, toujours avec du mortier Ruregold.

Caractéristiques des systèmes FRCM

Comportement ductile des systèmes FRCM

Les systèmes de renforcement FRCM présentent une relation contrainte-déformation en traction uniaxiale différente par rapport à celle des systèmes FRP avec matrice organique. En effet, le système FRP occupe une position intermédiaire, en termes de comportement, entre celui de la matrice organique - typiquement la résine époxy - et celui des fibres de renforcement, avec des caractéristiques de relation contrainte-déformation élastique linéaire. Alors que les systèmes FRCM les plus innovants comparés aux systèmes FRP consolidés, présentent une relation contrainte-déformation caractérisée par une première phase dans laquelle le rôle du mortier/matrice inorganique contribue, suivie par le développement de fissurations à l’intérieur de la matrice elle-même et ensuite par la contribution résiduelle du treillis sec seul. Ce comportement montre une pseudo ductilité des FRCM par rapport aux systèmes FRP, qui se manifeste par un avantage en termes de ductilité locale du matériau de renforcement, appliqué à l’élément structurel faisant l’objet de l’intervention. Cette ductilité locale aura ensuite des effets positifs lorsqu’elle sera appliquée à l’identification de la ductilité globale du système, une approche recherchée dans tous les éléments structurels qui doivent dissiper l’énergie et disposer d’une capacité de déformation en cas de conditions de charge sévères, par exemple l'action sismique.

comportamento duttile dei sistemi FRCM: grafici
Résistance aux hautes températures

Afin de comparer la dégradation des performances mécaniques des éléments en béton (renforcés et non renforcés) selon l’augmentation de la température, la résistance à la flexion a été prise comme paramètre significatif puisque, comparée à la résistance à la compression, elle est beaucoup plus sensible à la dégradation qui a lieu suite à l’effet de la chaleur. Comme le montre l’histogramme ci-contre, les performances mécaniques diminuent sensiblement lorsque la température d’essai augmente, en particulier au-delà de 130°. Bien que les systèmes de renforcement FRCM subissent l’effet de la température, ils conservent leur efficacité en termes d’augmentation de la résistance à la flexion par rapport au béton non renforcé à la même température. Par rapport à la température ambiante, le renforcement est en mesure de contrecarrer le phénomène de décohésion entre les agrégats et la pâte de ciment qui est la cause de la perte de résistance du béton non renforcé.

Resistenza a flessione variazione in funzione della temperatura: grafico di confronto, cls non rinforzato e cls rinforzato con PBO-MESH Ruregold
Transition vitreuse

Le DT 200 R1 2013 (CNR) montre qu’à mesure que les températures augmentent, les résines époxy commencent à se transformer en passant d’un état rigide à un état visqueux, ce qui entraîne une dégradation des performances adhésives et donc mécaniques des systèmes FRP. En outre, elle établit que la température de fonctionnement pour laquelle le renforcement est efficace, est celle obtenue en diminuant de 15 °C la température de transition vitreuse de la résina (Tg) déclarée par le fabricant dans la fiche technique. Par exemple, si la Tg déclarée est de 50 °C, la température maximale de fonctionnement qui garantit l'efficacité du renforcement FRP est de 35 °C.

Réaction au feu

Le système FRCM de Ruregold, soumis aux essais de réaction au feu conformément aux normes européennes en vigueur UNI EN 13501-1 a été certifié en classe non inférieure à la B-s1,d0. Ne provoque pas de fumées toxiques et ne forme pas de gouttelettes incandescentes potentiellement très dangereuses pour les personnes lors d’un incendie. Tous les systèmes FRP sont en revanche classés en classe « E » parce qu’ils utilisent un adhésif organique qui contribue à la formation et/ou à la propagation du feu et nécessitent donc d’une protection adéquate.

Durabilité et humidité

Les systèmes de renforcement FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix) maintiennent les performances déclarées indépendamment de l’humidité et de la température de fonctionnement, contrairement aux FRP qui ne les garantissent que dans des conditions thermo-hygrométriques standard (20 °C et 50% H.R.). Ci-contre, figurent les résultats d’une étude de durabilité réalisée par le laboratoire ITC-CNR de S. Giuliano Milanese (Italie) qui, à l’instar d’autres recherches menées auprès d’institutions prestigieuses du monde entier, telles que le MIT de Boston et l’Université d’Édimbourg, a mis en évidence la forte influence des conditions environnementales sur les performances mécaniques des renforcements structurels FRP. L’expérimentation a montré que dans les systèmes FRP, la présence d’humidité sur la surface de la structure entraîne une variation de la typologie de rupture, qui passe de « cohésive », c’est-à-dire dans le support, à « adhésive », à savoir à l’interface entre le support et le renforcement. Il convient également de noter qu’une exposition prolongée à l’humidité entraîne une détérioration progressive de la résistance mécanique au cisaillement et à la flexion qui, dans la plage 23÷40 °C, devient de plus en plus rapide au fur et à mesure que la température augmente.

Resistenza a flessione dei sistemi di rinforzo FRCM e FRP: i grafici

DOCUMENTATION

Guide aux matériaux FRCM pour le renforcement des structures en béton armé et maçonnerie | Ruregold

Guide aux renforcements structurels et parasismiques | Ruregold

Monographie technique des Systèmes de renforcement structurel pour béton et maçonneries FRCM en fibre de PBO de Ruregold

Cahier Technique | Ruregold

Brochure Infrastructures : références ferroviaires et routières avec les solutions pour le renforcement structurel de Ruregold

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