Guides de conception et recommandations

Quelques guides et recommandations concernant le renforcement par collage de matériau PRF sur structures métalliques ont été proposés par différents pays : le guide anglais ICE (Institution of Civil Engineers) de dimensionnement et de mise en œuvre sur site (Moy, 2001), le guide de dimensionnement CIRIA (Construction Industry Research and Information Association) (Cadei et al., 2004), le guide de dimensionnement américain (Schnerch et al., 2007), et le rapport CNR-DT 202/2005 italien (Italian Research Council, CNR, 2007). Ces différentes recommandations émanent de recherches, menées en laboratoire mais aussi sur site, dans le cas d’un renforcement de structures métalliques récentes, principalement en acier, par collage de matériau composite.

Ces différents guides fournissent ainsi les premières lignes directives pour le dimensionnement, la mise en œuvre et l’évaluation du renforcement par composite collé de structures métalliques. Les caractéristiques des matériaux PRF sont rappelées et des critères de sélection du système de renforcement adéquat sont donnés. De même, une méthode d’analyse et un cadre de conception et de

mise en œuvre associée sont également proposés. Ainsi, dans le cas d’un renforcement à la flexion d’une poutre I métallique, ces guides proposent une analyse aux états limites, en considérant l’état de contrainte initial de la poutre au moment du renforcement et en supposant que le matériau PRFC est parfaitement collé au métal. Des coefficients partiels de sécurité sont alors proposés tenant compte des incertitudes liées au chargement, aux propriétés mécaniques des matériaux, ainsi que des effets de l’environnement et du comportement à long terme du renforcement. Par ailleurs, ces guides recommandent également une analyse du joint de colle (détermination de la distribution des contraintes normales et de cisaillement) avec notamment l’analyse du mode de rupture.

La mise en place des premiers guides de conception montre la place importante qu’occupent aujourd’hui les PRF dans le renforcement des ouvrages métalliques. Néanmoins, ces guides restent peu nombreux et les différentes pathologies, notamment le cas de la fatigue, ne sont pas encore assez développés d’un point de vue renforcement. Par ailleurs, ces guides restent également destinés au cas d’un renforcement de structures métalliques récentes, c’est-à-dire en acier et assemblées par soudage. Il est évident que dans le cas de poutres rivetées, l’application de larges plats PRFC, sur toute la longueur de la semelle inférieure tendue, est très difficile étant donné la présence de nombreux rivets. De plus, dans le cas des structures métalliques anciennes, les guides de conception et de dimensionnement actuels excluent le renforcement de structures en fer puddlé du fait des risques importants de délamination du matériau. Pourtant, certaines recherches ont pu montrer que ces craintes étaient infondées étant donné la résistance inter-laminaire du fer puddlé, au moins deux fois égale à la résistance du joint de colle. Aujourd’hui, il existe encore très peu de renforcement de structures de grandeurs réelles en fer puddlé par collage de PRF (aucune en France), même si une étude menée par Farmer et al., 2001, a montré que les bénéfices potentiels sont les mêmes que dans le cas de structures en acier.

4 Conclusions

Ce premier chapitre a permis de développer la littérature mettant en évidence l’efficacité d’un renforcement par composites collés dans le cas de structures métalliques endommagées en fatigue. Le phénomène de fatigue dans le cas des structures anciennes reste un problème majeur pouvant avoir des conséquences catastrophiques. La détection des fissures émanant des têtes de rivet se fait principalement par examen visuel ce qui conduit à une détection et à un renforcement tardifs de la structure. Par ailleurs, les éléments les plus sujets à la fissuration en fatigue restent des éléments de petites dimensions présentant une quantité importante de rivets ce qui, dans le cas d’un renforcement par composites collés, limite la taille des plats PRFC appliqués.

Dans la littérature, des essais sur éprouvettes de petites et de grandes dimensions ont pu être réalisés et différents procédés de renforcement ont été testés. Les résultats de ces différentes études montrent une efficacité importante d’un renforcement par plats MN prétendus et par plats UHM. Ces deux procédés de renforcement nécessitent encore à ce jour des investigations expérimentales supplémentaires notamment dans le cas des plats PRFC prétendus, pour lesquels la durabilité et le comportement à long terme du joint de colle posent encore de nombreuses questions. Quoi qu’il en soit, une bonne préparation de surface des éléments à assembler reste indispensable. Cela assure une bonne résistance et une bonne durabilité du joint de colle même s’il est évident que l’impact de l’environnement est un enjeu majeur à prendre en compte dans le cas des assemblages collés. Dans le cas des structures métalliques anciennes, la préparation de surface peut devenir problématique du fait de la présence d’épaisses couches de

peinture sur l’ouvrage (minium de plomb pour les structures les plus anciennes représentant un danger pour la santé et l’environnement). Le sablage avant collage d’un ouvrage ancien en fer puddlé ou en acier doux nécessite alors des précautions particulières. De même, une inspection soignée de l’ouvrage doit également être réalisée au préalable et les zones corrodées doivent être clairement identifiées.

Dans le cas d’un renforcement de structures métalliques anciennes, la présence des rivets représente également une contrainte importante à prendre en compte lors du choix du procédé de renforcement. La solution la plus efficace reste le collage de plats PRFC étroits entre les lignes de rivets. Ainsi, dans la suite de ce travail, il va alors s’agir de s’intéresser au renforcement par composites collés de plaques de petites dimensions représentatives des dimensions rencontrées sur ouvrages rivetées et tenant compte des contraintes géométriques déjà évoquées (présence de la tête de rivet, faible espacement entre les rivets, éléments cornières de petites dimensions, détection tardive et donc renforcement tardif de la fissure). L’objectif principal est de fournir des résultats fiables en vue d’une application aux structures métalliques rivetées réelles. Le chapitre suivant s’intéresse dans un premier temps à la caractérisation des matériaux utilisés et de l’assemblage collé lui-même. Les différents essais réalisés ainsi que les résultats associés y seront présentés.