Il peut enfin être souligné que d’autres cas d’application, comme l’auscultation de revêtements ou de peintures de protection sur béton, peuvent être envisagées.
L’essai de pull-off non-destructif pourrait par ailleurs être appliqué pour des renforcements/revêtements sur des structures en acier et en composite. Les précédentes analyses laissent penser que la méthodologie présenterait alors des performances supérieures, la principale limitation étant la variabilité du béton dans notre cas d’application.
192
CONCLUSION
Dans ce chapitre, une mise en œuvre de l’essai de pull-off non-destructif sur site est envisagée. Un nouveau modèle numérique décrivant un morceau de structure réelle est développé. Cette structure, de 40 cm d’épaisseur, peut par exemple correspondre à la dalle de couronnement d’une tour aéroréfrigérante.
Tout d’abord, le modèle permet d’appréhender le comportement mécanique de la structure renforcée pendant l’essai de pull-off non-destructif. Des différences par rapport au comportement des éprouvettes dans le dispositif de laboratoire sont ainsi identifiées. Comme cela était attendu, l’épaisseur de la structure est assez importante pour éviter le fléchissement du béton. En conséquence, seule une déformation locale du béton directement sous la pastille d’essai est observée. Dans ces conditions, l’essai se rapproche encore plus de l’essai de pull-off standard sur le plan mécanique.
La distribution statistique de la raideur 𝐾 engendrée par les variations des paramètres d’influence est ensuite recherchée. La même démarche qu’au Chapitre Deuxième – Partie B est suivie, ce qui conduit une fois de plus à définir un système de référence. Ici encore, ce système de référence correspond à un renforcement collé avec l’adhésif SikaDur.
Dans un premier temps, la distribution de chacun des paramètres d’influence est réévaluée. Un point notable est qu’une dispersion de 20 % du module du béton à l’échelle de la structure est retenue, contre une dispersion d’environ 10 % considérée sur l’ensemble des éprouvettes de la campagne expérimentale menée en laboratoire. Les variations sur la raideur 𝐾 engendrées par ces différents paramètres pris un à un sont ensuite calculées avec le modèle numérique. Il peut être constaté que les variations de la raideur 𝐾 dues au module du béton sont plus importantes que dans la configuration de laboratoire. Cette augmentation de sensibilité est due à la fois au changement de mode de déformation du béton et à la diminution de la valeur moyenne du module du béton (qui est près de deux fois plus faibles sur structure que sur les éprouvettes de la campagne expérimentale).
Après prise en compte des incertitudes expérimentales, la démarche aboutit à l’estimation du module seuil de l’adhésif. Son écart par rapport au module de l’adhésif de référence est la plus petite diminution de module détectable par l’essai. Ainsi, des systèmes présentant une colle entre le composite et le béton de module inférieur à 1,1 GPa vont pouvoir être détectés par l’essai de pull-off non-destructif. Ce seuil d’alerte correspond ici à un niveau de vieillissement très avancé. Ce degré de vieillissement est par exemple obtenu artificiellement après 8 mois d’immersion dans de l’eau à 40°C sur des éprouvettes de colle massiques de composition voisine à celle de l’Eponal [77].
Une méthodologie d’essai complète applicable sur site est ensuite élaborée. En parallèle des essais menés sur le renforcement ausculté, un total de 12 essais préparatoires est proposé : 6 essais sur le système de référence, dont la moyenne permet d’évaluer la raideur de référence 𝐾0, et 6 essais sur des zones test similaires au renforcement réel, qui permettent de déterminer la charge limite à appliquer dans le cadre des essais de pull-off ND sur les renforcement réels, afin de rester dans le domaine non-destructif. Si les zones de test sont toutes installées au moment des travaux initiaux de renforcement, afin de subir un vieillissement comparable à celui du renforcement réel (il faut installer autant de zones de test que d’échéances de suivi prévues), les renforcements correspondant au système de référence sont à mettre en œuvre à chaque échéance. Il est important de souligner que ces deux types de zone peuvent présenter des étendues très limitées (environ 200 mm de lamelle de PRFC collée), et ne représentent donc pas des chantiers très lourds. Cette démarche présente l’avantage de prendre en compte le vieillissement réel du béton.
L’essai pourrait être mis en œuvre facilement à l’aide d’un dispositif portatif de mesure d’arrachement en traction (pull-off tester) après quelques adaptations. Une optimisation de la géométrie des pastilles d’essai est proposée.
193 Enfin, des pistes d’amélioration de l’essai sont ouvertes. Puisqu’il a été clairement mis en avant que le rôle du béton est prépondérant et que les performances de l’essai dépendent directement de sa variabilité, une étape supplémentaire dans la méthodologie est suggérée. Elle implique de mettre en œuvre l’essai directement sur le béton afin d’améliorer l’estimation de son module d’Young et de limiter sa variabilité dans le modèle. Par ailleurs, quelques idées pour élargir le domaine d’application de l’essai sont émises.
195
Conclusions et perspectives
Dans le secteur du génie civil, le renforcement structural et la réparation des ouvrages en béton par collage de polymère renforcé de fibres de carbone (PRFC) sont des techniques désormais répandues. Les performances et la durabilité du système de renforcement sont intrinsèquement liées à la qualité du collage entre le matériau composite et le béton. Or, en pratique, les conditions environnementales et les contraintes liées au chantier ne permettent pas toujours d’assurer l’intégrité de ce collage, dont les propriétés évoluent par ailleurs dans le temps en raison des phénomènes de vieillissement. L’évaluation in-situ par une méthode non-destructive de la qualité du collage est donc une étape importante pour garantir les propriétés d'usage tout au long de la vie du renforcement.
En faisant le point sur les pratiques industrielles actuelles et les préconisations des guides de recommandations, il ressort que le collage des renforcements composite sur béton est inspecté qualitativement par des techniques de base non-destructives comme l’inspection au marteau et qu’il fait au mieux l’objet d’une caractérisation quantitative par mesure de l’adhérence en traction directe (essai de pull-off), qui est donc une technique destructive. Le suivi du vieillissement, s’il en est, est assuré par les mêmes techniques. Ce constat conduit à exprimer le besoin d’une méthode d’évaluation non-destructive permettant d’établir un diagnostic quantitatif de la qualité de collage et qui soit applicable sur le terrain.
Une revue des différentes méthodes de caractérisation existantes met en relief deux techniques candidates pour répondre à ce besoin : une approche mécanique basée sur l’analyse du comportement charge vs déplacement de l’assemblage dans son ensemble, et l’étude de la propagation des ondes ultrasonores guidées dans les systèmes PRFC – colle – béton.
La technique ultrasonore a fait l’objet d’un stage encadré dans le contexte de la thèse mais n’est pas présentée dans le présent manuscrit.
Ce travail de thèse s’est ainsi concentré sur la première technique. Il avait pour objectif d’explorer les capacités de cette approche mécanique en laboratoire, puis sur le terrain, et de déterminer sa capacité à répondre au besoin exprimé notamment dans le cadre d’un suivi du vieillissement du collage.
En référence à l’essai standard dont elle s’inspire, cette technique a été dénommée essai de pull-off non-destructif. Elle consiste à exercer un chargement de traction localisé sur l’assemblage PRFC – colle – béton par l’intermédiaire d’une pièce en acier collée sur le renforcement. Des mesures de charge et de déplacement sont acquises simultanément et l’essai est arrêté en dessous du seuil d’endommagement du système. La pente des courbes charge vs déplacement est appelée la raideur du système, et est notée 𝐾.
Cette étude a été restreinte au cas des renforcements par collage d’une lamelle de PRFC pultrudée.
Dans une première partie, le principe de base consistant à mesurer des courbes charge vs déplacement a été exploité pour aboutir à un essai réalisable en laboratoire. Ce travail préparatoire s’est joué à trois niveaux : la conception d’un dispositif mécanique adaptable sur une machine de traction disponible dans les laboratoires de l’IFSTTAR, le dimensionnement des mesures de déplacement et l’élaboration d’une chaîne de mesure.
Pour soutenir ces réflexions, une modélisation numérique de l’essai par éléments finis et un modèle analytique partiel ont été développés. Ils permettent de mieux comprendre le comportement