Renforcement composite d'ouvrage en béton armé

L'industriel ParexGroup (marque ParexLanko) travaillait depuis plusieurs années à un système de renforcement innovant pour les structures en béton armé, différent des solutions du marché faisant appel à des résines époxy pour le collage de lamelles ou textiles en carbone. Ce spécialiste des mortiers à base de liant hydraulique a ainsi travaillé à l'élaboration d'un mortier colle pour garantir la transmission des efforts au sein d'une grille de renfort. Cette colle (52 Carbogrid Colle) est formulée à base de liants hydrauliques monocomposant. C'est la première innovation.

La seconde concerne l'armature (32 Carbogrid TRM) assurant la dispersion des contraintes. L'ensemble constitue le système Lankostructure Carbogrid. L'enjeu était de concevoir une grille carbone d'un module d'élasticité faible et présentant une bonne résistance à la traction, qui plus est facile à mettre en œuvre. La géométrie de la grille est calibrée afin de garantir une répartition idéale des efforts diffusés dans l'ouvrage. Cette géométrie maîtrisée est le fruit d'un processus industriel qui fait l'objet d'un dépôt de brevet au niveau international. La grille comporte 13 fils de carbone tous les 10 cm dans le sens chaîne et dans le sens trame. Ce concept garantit une constance de la qualité du renfort. Un traitement particulier fige la grille et garantit sa géométrie ainsi que la régularité des mailles bidirectionnelles, que ce soit pendant la manutention, le découpage ou la manipulation. Une résine d'imprégnation a été intégrée dans le processus d'élaboration. Elle rend la grille plus rigide en apparence et favorise la liaison avec le mortier, avec lequel le carbone n'a aucune affinité.

Température de service jusqu'à 80 °C

Ce système est moins contraignant et délicat à mettre en œuvre que les systèmes carbone époxy. Il peut être appliqué à des températures relativement basses (à partir de 5 °C) et jusqu'à des températures de 35 °C sans difficulté. Il peut aussi l'être dans des conditions hygrométriques élevées, contrairement aux résines époxy.

Autre critère pénalisant, la température de service maximale. C'est le seuil sous lequel doit descendre la température dans les 24 heures de la mise en œuvre du système de renforcement sous peine que celui-ci soit défectueux. « Elle atteint 45 °C pour les meilleurs d 'entre elles, explique Éric Houel, directeur du développement du génie civil de ParexGroup. Or, dans le sud de la France, il arrive que des ouvrages soient exposés à une température de plus de 45 °C pendant 2 4 heures. La température de service maximale du système Lankostructure Carbogrid s' élève à 80 °C. Notre procédé permet de s'affranchir de cette contrainte et de répondre à des projets dans tous les climats, notamment en outre-mer. » La grille étant marouflée dans le mortier colle, ce système présente par ailleurs une tenue aux rayonnements UV sans couche de protection, contrairement là aussi aux solutions époxy.

Le dimensionnement est réalisé suivant les Eu-rocodes 2. ParexLanko finalise la mise au point d'un logiciel de dimensionnement qui sera fourni aux bureaux d'études. Les règles de dimensionnement à respecter sont celles qui s'appliquent aux systèmes carbone époxy (1,5 MPa de cohésion de surface du béton sur lequel est appliqué le composite, tolérances dimensionnelles identiques aux systèmes carbone époxy).

L'application est très simple. La grille de renfort peut être découpée à l'aide d'une paire de ciseaux. Le mortier colle est préparé par simple gâchage avec de l'eau. Il est appliqué manuellement (ou par projection) sur le support plan humidifié, puis structuré avec une lisseuse crantée pour permettre un ancrage optimisé de la grille, ensuite appliquée puis marouflée pour pénétrer dans la colle. Avantage : le composite est très léger (similaire au renfort carbone époxy) et très mince (composite de 3 à 4 mm d'épaisseur). Autre atout notable : le module d'élasticité du composite atteint environ 50 GPa.

« Ce comportement mécanique est assez peu éloigné du béton armé, contrairement au carbone époxy qui s' élève à 1 70 GPa », précise Éric Houel. Les efforts sont repris sur une large zone comparativement au carbone époxy, ce qui a pour conséquence de limiter les contraintes de traction à l'interface avec le renfort composite.

Coût compétitif

Ce procédé de renforcement des structures en béton armé possède des champs d'applications variés : contrôle et limitation de la fissuration de surface en partie tendue ; correction d'erreurs de dimensionnement ou d'exécution concernant les sections d'armature métalliques ; compensation de section d'armatures métalliques dégradées par la corrosion ; faible encombrement ; possibilité de renforcer des structures existantes ayant subi des modifications de conditions d'exploitation (changements de destination d'ouvrage, par exemple). Plusieurs projets sont à l'étude dans le domaine du bâtiment. Trois opérations ont déjà été réalisées en génie civil : le renforcement d'un acrotère au sommet d'un réservoir aérien d'eau potable ; le renforcement d'une dalle haute dans le local vannes d'un réservoir d'eau potable où les aciers étaient corrodé, le renforcement d'une poutre béton dans un tunnel. « À renforcement égal et fourni-posé, notre composite est légèrement moins onéreux que la solution carbone époxy », complète Éric Houel.