Avis Technique 3/07-540Annule et remplace l'Avis Technique 3/04-424 et son Additif 3/04-424*01 Add

dition corrige du 29 mai 2008

Elments de structure renforcs par un procd de collage de fibres de carbone Foreva TFC

Titulaire : Freyssinet 1 bis, rue du Petit Clamart. FR-78140 Vlizy-Villacoublay

Tl. : 01 46 01 84 84 Fax : 01.46.01.86.52 Internet : www.freyssinet.com E-mail : tfc@freyssinet.com

Commission charge de formuler des Avis Techniques (arrt du 2 dcembre 1969) Groupe Spcialis n 3 Structures, planchers et autres composants structuraux

Vu pour enregistrement le 30 janvier 2008

Secrtariat de la commission des Avis Techniques CSTB, 84 avenue Jean Jaurs, Champs sur Marne, FR-77447 Marne la Valle Cedex 2 Tl. : 01 64 68 82 82 - Fax : 01 60 05 70 37 - Internet : www.cstb.fr

Les Avis Techniques sont publis par le Secrtariat des Avis Techniques, assur par le CSTB. Les versions authentifies sont disponibles gratuitement sur le site internet du CSTB (http://www.cstb.fr) CSTB 2008

2 3/07-540

Le Groupe Spcialis n 3 Structures, Planchers et autres composants structuraux a examin, le 26 novembre 2007 le dossier de demande de rvision de lAvis Technique 3/04-424 et de son Additif 3/04-424*01 Add sur le procd de renforcement de structures par tissu de carbone coll, dnomm FOREVA TFC, exploit par la Socit FREYSSINET. Il a formul sur ce dossier lAvis Technique ci-aprs qui rvise lAvis Technique n 3/04-424 et son Additif 3/04-424*01 Add.

1. Dfinition succincte Procd de renforcement dlments de structure, consistant coller sur la surface des lments viss un tissu de fibres de carbone laide dune rsine poxydique synthtique deux composants. Ce procd est destin augmenter la capacit portante des lments concerns, par fonctionnement mcanique conjoint lment-tissu, grce ladhrence confre par la rsine aprs son durcissement, entre les deux matriaux. Le nom complet du procd FOREVA TFC a t raccourci en TFC dans lAvis et le Dossier Technique tabli par le demandeur.

1.1 Identification des composants Les composants sont livrs sur le site de mise en uvre de la manire suivante : pour ce qui concerne la rsine, sa rfrence commerciale est

EPONAL TFC RESINE et EPONAL TFC DURCISSEUR. Elle est livre en kit (rsine + durcisseur) de 1,8 kg. Ces rfrences sont indiques sur les sacs,

pour ce qui concerne le tissu, il est livr en rouleaux de longueur maximale 50 m, en largeurs standard 40, 75, 150, 200 ou 300 mm.

2. L'AVIS LAvis qui est mis prend en compte le fait que la conception et le dimensionnement du renforcement sont effectus par ou sous la responsabilit de FREYSSINET, lexcution des travaux tant effectue par FREYSSINET.

2.1 Domaine d'emploi accept Le domaine demploi accept par le Groupe Spcialis n3 est celui couvrant les lments entrant dans la constitution des btiments courants (habitations, bureaux, etc.) et des btiments industriels (supermarchs, entrepts, etc.) Les lments renforcs par le procd sont : en bton (arm ou prcontraint), en maonnerie (blocs de petits lments) brute sans enduit. Les lments concerns sont sollicits par des charges caractre principalement statique, comme c'est le cas dans les btiments administratifs, commerciaux, scolaires, hospitaliers, d'habitation, de bureaux, parkings pour vhicules lgers (30 kN de charge maximale l'essieu). Toutefois, compte tenu du caractre accidentel de laction sismique, lutilisation du procd en zones sismiques est autorise dans les limites du respect des indications en la matire donnes dans le paragraphe 2.3 ci-aprs (Cahier des prescriptions techniques particulires). LAvis nest valable que si la temprature nexcde pas 45C en service continu et 60C en pointe. L'utilisation en btiments industriels est admise tant que l'agressivit chimique ambiante peut tre considre comme normale. Le CPTP (paragraphe 2.3 du prsent Avis) prcise les conditions dans lesquels le renforcement par TFC peut tre envisag, compte tenu des lments examins la date de formulation du prsent Avis. L Avis est mis pour les utilisations en France europenne (Mtropole+Corse) et dans les Dpartements dOutre-Mer.

2.2 Apprciation sur le procd 2.21 Aptitude l'emploi Stabilit Lexamen des performances de durabilit du complexe tissu-rsine, au travers des essais de vieillissement acclr et de fluage effectus par le demandeur, permet de conclure que le procd conduit laugmentation des capacits rsistantes des lments

renforcs, conformment aux modles de calcul dvelopps dans le Dossier Technique tabli par le demandeur, condition de respecter strictement les prescriptions donnes dans le CPTP du prsent Avis.

Scurit au feu Des essais effectus au laboratoire du CSTB (PV n RA00-383) ont fourni le classement de raction au feu du complexe tissu-rsine avec primaire epoxy polyamide et protection par peinture intumescente, sur support M0 non isolant, dans les proportions suivantes : TFC : 1,2 1,4 kg/m de rsine et tissu carbone de 500 g/m, primaire poxy polyamide : 130 g/m humide, peinture intumescente : 2 couches de 600 g/m chacune humide,

de couleur blanche. Classement annonc par le PV : M1, valable sur support M0 non isolant. En ce qui concerne la rsistance au feu, le procd TFC non protg ne participe pas la tenue des lments renforcs. Lorsquune protection au feu est prvue par-dessus le composite, elle devra justifier dun essai de rsistance au feu, effectu sur un support identique, par un Laboratoire agr par le Ministre de lIntrieur. Lattention est attire sur la fait que les caractristiques mcaniques de la colle diminuent rapidement lorsque la temprature augmente.

Prvention des accidents lors de la mise en uvre ou de l'entretien Pour la manipulation de la colle et son application, il y a lieu de respecter les prescriptions du Code du travail concernant les mesures de protection relatives lutilisation des produits contenant des solvants, utiliss pour le nettoyage des outils (la rsine utilise nest pas solvante). En dehors de ce point, les conditions de mise en uvre ne sont pas de nature crer dautre risque spcifique.

2.22 Durabilit entretien La durabilit des lments renforcs est normalement assure, exception faite pour les utilisations en locaux (ou ambiances) suivants : 1. atmosphre agressive 2. lorsque la temprature est susceptible de dpasser 60C en

pointe (dure de maintien de cette valeur infrieure 24 heures). En effet, pour la premire restriction, la stabilit des caractristiques mcaniques de la colle nest pas dmontre. Pour la seconde restriction, les essais de fluage prsents ont t effectus 60C. Dans le cas o des dgradations (chocs, abrasion, etc.) sont possibles, une protection mcanique du renforcement est prvoir.

2.23 Fabrication et contrles Les lments entrant dans la constitution du procd sont fabriqus dans des usines spcialises : Le tissu est fabriqu en France par la Socit SOFICAR, sous

license de la Socit japonaise TORAYCA ; La colle bi-composants a t mise au point et est fabrique par

ATOFINDLEY, en France. La fabrication du tissu, ainsi que celle de la colle, font lobjet dun plan dassurance-qualit dans les usines concernes.

2.24 Finitions Lorsque des revtements (notamment peintures) sont prvus sur le renforcement, ils doivent avoir fait lobjet dessais pralables validant leur adhrence sur la matrice poxydique du TFC.

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2.3 Cahier des prescriptions techniques particulires

2.31 Conditions de conception et de calcul 2.311 Justification la rupture Cette justification consiste en une vrification de llment la rupture, toutes redistributions effectues, sans tenir compte du renforcement, sous la combinaison ELS rare, considre conventionnellement dans les calculs comme combinaison ELU fondamentale. Il sera tenu compte, sil y a lieu, des charges climatiques et de celles dues aux instabilits. Toutefois, cette justification nest pas effectuer si : (R1) 0,63 (S2), dans le cas dun lment principal, dont la rupture

est susceptible dentraner celle dautres lments (poutre porteuse, par exemple),

(R1) 0,50 (S2), dans le cas dun lment secondaire, dont la rupture nest pas susceptible dentraner celle dautres lments (panneaux de dalles de planchers poss sur poutres, par exemple).

Avec, dans ces expressions : R1 : capacit rsistante lELU, en situation fondamentale, de llment non renforc. S2 : sollicitation agissante lELU, en situation fondamentale, sur l lment renforc.

2.312 Renforcement des lments en bton arm vis--vis du moment de flexion

Les justifications effectuer, vis--vis du moment de flexion, pour les lments en bton renforcs par le procd TFC, sont les suivantes : Calcul lELS : ce calcul est effectu selon les hypothses classiques du bton arm, en tenant compte de lhistorique du chargement et du renforcement (y compris un ventuel dchargement ou vrinage provisoire en cours de travaux). Ceci conduit superposer les tats de contraintes relatifs aux deux situations suivantes : ouvrage non renforc, soumis aux sollicitations initiales, appliques

au moment o lon entame les travaux de renforcement, ouvrage renforc, soumis aux sollicitations additionnelles. Cette justification est mene en prenant en compte un coefficient de scurit de 3 sur la contrainte rupture du composite TFC, et en limitant la contrainte finale dans les armatures tendues existantes aux valeurs suivantes : cas de la fissuration peu prjudiciable : fe, cas de la fissuration prjudiciable : la limitation prvue larticle

A.4.5,33 des Rgles BAEL91, cas de la fissuration trs prjudiciable : la limitation prvue

larticle A.4.5,34 des Rgles BAEL91. La contrainte dans le bton est limite 0,6 fcj. Calcul lELU : ce calcul est men conformment aux dtails donns dans le dossier technique tabli par le demandeur : en plus des hypothses classiques sur le bton et lacier, la dformation du TFC est limite 10 0/00 et le coefficient de scurit adopt sur la contrainte cet allongement est de 1,15 en situation fondamentale comme en situation accidentelle. Vrification du glissement linterface composite-bton : cette vrification consiste sassurer que la contrainte de cisaillement linterface composite-bton nexcde pas la valeur de la contrainte limite de cisaillement. Cette valeur limite sappuie dans tous les cas sur des essais de pastillage effectuer in situ sur le support aprs prparation, dans ltat dans lequel il est destin recevoir le renforcement. La valeur de la contrainte de cisaillement limite retenir pour le dimensionnement est calcule de la manire suivante, partir de la rsistance caractristique ftk obtenue par les essais de pastillage :

A lELS : )2tkf ; MPa (1,5 Min=

A lELU (fondamental et accidentel) : )1,5tkf ; MPa (2 Minu =

Dans tous les cas, le procd TFC nest pas applicable si les essais de pastillage donnent une valeur de ftk infrieure 1,5 MPa.

2.313 Renforcement des lments en bton arm vis--vis de leffort tranchant.

Le renforcement des dalles vis--vis de leffort tranchant nest pas vis dans le cadre du prsent Avis Technique. Pour les poutres, le renforcement vis--vis de leffort tranchant peut senvisager avec des mches ancrage total dans la partie comprime (table) ou sans mches. Langle de dviation des mches ne doit pas excder 15. Utilisation des mches avec ancrage total dans la table: dans ce cas, il y a lieu de tenir compte des capacits rsistantes des mches ancres, conformment aux conditions dessais, la poutre ainsi renforce pouvant tre justifie sur la totalit de sa section (hauteur de table comprise). Renforcement sans mches : Ce type de renforcement nest pas admis dans le cas dun moment ngatif sur lappui considr. Dans ce cas, la poutre ainsi renforce doit tre justifie vis--vis de leffort tranchant, en ne tenant compte que de la retombe sous dalle. Dans tous les cas, les deux vrifications donnes dans le dossier technique tabli par le demandeur sont effectuer. Il sagit : de la vrification en traction du composite, de la vrification de non-glissement du plan de collage.

2.314 Renforcement des lments en bton prcontraint. Les mthodes utilises sont dcrites au paragraphe 13 du dossier technique tabli par le demandeur. Les principes de justifications sont identiques ceux dvelopps dans le cas du bton arm sauf en ce qui concerne les tats limite de service pour lesquels il convient de respecter les classes de vrification de louvrage initial (avant renforcement).

2.315 Renforcement des cloisons en maonnerie de petits lments, sans enduit, sollicits en flexion hors-plan.

Les cloisons vises sont en blocs de bton de granulats lourds ou en brique. Les justifications effectuer consistent sassurer que la contrainte de cisaillement linterface composite-maonnerie nexcde pas la valeur de la contrainte limite de cisaillement. Cette valeur limite sappuie dans tous les cas sur des essais de pastillage effectuer in situ sur le support aprs prparation, dans ltat dans lequel il est destin recevoir le renforcement. La valeur de la contrainte de cisaillement limite retenir pour le dimensionnement est calcule de la manire suivante, partir de la rsistance caractristique ftk obtenue par les essais de pastillage :

A lELS : )3tkf ; MPa (1,0 Min=

A lELU fondamental : )2tkf ; MPa (1,5 Minu =

A lELU accidentel : )1,5tkf ; MPa (2 Minu =

Dans tous les cas, le procd TFC nest pas applicable si les essais de pastillage donnent une valeur de ftk infrieure 1 MPa. Les maonneries porteuses doivent dans tous les cas tre renforces sur les deux faces, et exemptes denduit. Le cas du renforcement sur une seule face est rserv aux seuls cas des maonneries non porteuses, le renforcement remplissant dans ce cas une fonction de non effondrement (fonction dite filet ). Pour ce dernier cas, le collage est admis sur enduit, condition de verifier les conditions de tenue de lenduit par les essais de pastillage, dans les conditions dfinies ci-dessus, avec la mme limite demploi.

2.316 Renforcement des murs, en bton ou en maonnerie de petits lments sans enduit, sollicits dans leur plan.

Le modle de calcul des sollicitations correspond au modle bielle-tirant classiquement utilis dans le cas du contreventement par maonnerie chane ou par voile en bton.

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Pour ce type de modle, la rsistance en compression de la bielle est considrer en fonction des matriaux constitutifs du mur. La prsence de TFC ne modifie en rien cette rsistance en compression. La rsistance en traction du renforcement, quant elle, est prise en compte au travers de la vrification du glissement linterface composite-support et de la rsistance du support lui-mme, sur la base dessais de pastillage sur le support. La valeur de calcul retenue doit considrer un coefficient de scurit de 3 lELU fondamental et 2 lELU accidentel, sur la valeur caractristique obtenue par ces essais.

2.317 Renforcement des poteaux en bton arm vis--vis de leur capacit en compression (confinement)

Ce cas de renforcement nest pas prvu pour augmenter la capacit portante sous sollicitation dorigine sismique. Le renforcement par TFC peut tre utilis pour augmenter la capacit portante des poteaux sollicits en compression. Le dimensionnement du renforcement est effectuer conformment au paragraphe 6.3 du bulletin 14 CEB-FIP (Technical Report) avec les limitations particulires qui suivent : la dformation sous charge de compression ultime est limite de

manire ce que la contrainte dans les armatures longitudinales nexcde pas la moiti de la limite lastique de lacier constitutif de ces armatures,

lcartement entre deux cours successifs darmatures transversales, le long du poteau, est limit aux valeurs donnes dans le tableau suivant, en fonction du diamtre de la barre longitudinale la plus faible, quelles que soient les dimensions de la section :

Diamtre de larmature

longitudinale la plus faible (mm)

cartement maximal entre deux cours darmatures transversales

(cm) 10 15

12 18

14 22

16 25

20 30

25 38

32 50

40 60

2.318 Renforcement des planchers vis--vis de leur fonction en contreventement horizontal

Le renforcement par TFC peut tre utilis en tirant des planchers formant diaphragme et tirant-buton, au sein du contreventement, dans les limites suivantes : Le renforcement vis--vis de la fonction diaphragme nest autoris

que pour les planchers dalle pleine coule en uvre. Le renforcement vis--vis de la fonction tirant-buton est autoris

pour les planchers dalle pleine coule en uvre, les planchers prdalles, et les planchers dalles alvoles. Les planchers poutrelles sont exclus de ce type dutilisation

La rsistance en traction du renforcement est prise en compte au travers de la vrification du glissement linterface composite-bton dcrite au paragraphe 2.31.2 ci-dessus, en admettant les mmes valeurs de la contrainte de cisaillement limite retenir pour le dimensionnement.

2.319 Renforcement des lments mtalliques Ce cas de renforcement est admis conformment aux dispositions proposes dans le Dossier Technique tabli par le Demandeur, condition quil soit prouv que la temprature en service, ainsi que la temprature en pointe, ne dpassent pas les valeurs limites indiques au paragraphe 2.1 du prsent Avis.

2.3110 Renforcement vis--vis des actions sismiques. Les cas viss sont dcrits dans le Dossier Technique tabli par le Demandeur. Le renforcement par TFC conduit augmenter localement les capacits portantes des lments renforcs, ou encore damliorer la ductilit par confinement, dans le domaine demploi vis. En revanche, il nest pas tabli quil contribue modifier la raideur ou la ductilit de louvrage dans lequel il est incorpor. Pour ces raisons, le

calcul des sollicitations dorigine sismique, effectu conformment aux Rgles PS92, pour le cas des btiments risque normal, est fait sans tenir compte de la contribution des renforcements la rponse de louvrage. Le coefficient de comportement prend les valeurs indiques dans le dossier technique tabli par le demandeur, au paragraphe 16. Les justifications de rsistance sont ensuite menes en statique quivalent, en tenant compte des capacits rsistantes des lments renforcs, selon les principes vus ci-dessus. Lattention est attire sur la fait que, pour le cas des btiments rputs conformes aux Rgles PS92, les renforcements en TFC doivent tre prvus de manire ne pas empcher le comportement ductile des lments strutcuraux de louvrage.

2.3111 Utilisation du procd dans les Dpartements dOutre-Mer.

En cas dutilisation du procd TFC dans les dpartements dOutre-Mer, la valeur ftk considrer dans les calculs est obtenue en multipliant la rsistance caractristique obtenue par les essais de pastillage par le coefficient 0,60.

f . 0,60f age)tk(pastilltk(calcul) =

2.32 Conditions de mise en uvre La mise en uvre est effectue exclusivement par lentreprise FREYSSINET. Elle doit tre effectue dans les strictes conditions dfinies dans le dossier technique tabli par le demandeur, notamment pour ce qui concerne le nettoyage et la prparation des supports ainsi que la ralisation des essais de convenances sur ce mme support. Il est prcis que ces essais doivent tre effectus pour chaque chantier et pour tous les supports viss par le prsent Avis Technique.

Conclusions Apprciation globale L'utilisation du procd de renforcement FOREVA TFC dans le domaine demploi accept, et moyennant le respect du Cahier des Prescriptions Techniques Particulires (Paragraphe 2.3 du prsent Avis), est apprcie favorablement.

Validit Jusqu'au 30 novembre 2012

Pour le Groupe Spcialis n 3 Le Prsident

J.-P. BRIN

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3. Remarques complmentaires du Groupe Spcialis

Le Groupe Spcialis n3 tient souligner que le procd prsent, bien que comparable au procd de renforcement par tles colles, prsente des possibilits suprieures ce dernier, notamment en ce qui concerne lexcution et la matrise de lencollage. En ce qui concerne la temprature, le Groupe Spcialis n3 a fix une limite en service continu de 45C. Cette valeur est celle pour laquelle le module de la colle commence diminuer. Dans les DOM, le caractre variable des conditions dhygromtrie est tel que les valeurs constates pour ftk lors des essais de pastillage, servant dhypothses aux calculs de glissement, peuvent varier considrablement durant la vie de louvrage. Pour cette raison, le Groupe spcialis n3 a jug prudent, dans lattente dlments plus probants, daffecter un coefficient de rduction la valeur ftk donne par les essais de pastillage, en cas dutilisation dans les DOM. Il est soulign que le renforcement structural dun ouvrage existant, quelle que soit la technique de renforcement utilise, doit faire suite un diagnostic prlalable de qualification de cet ouvrage (dtermination des capacits rsistantes). Un tel diagnostic peut se rvler lourd et imprcis, tant notamment fonction de la qualit des matriaux, des dispositions internes souvent non accessibles (armatures, par exemple) et dune manire gnrale de lhistoire de louvrage. Lattention du Matre duvre est donc attire sur la ncessit quil y a faire effectuer un diagnostic aussi prcis que possible, permettant de dimensionner et de mettre en uvre les renforcements de manire pertinente.

Le Rapporteur du Groupe Spcialis n 3

E. DAVID

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Dossier Technique tabli par le demandeur

A. Description 1. Dfinition du procd TFC Le procd TFC est un procd brevet de renforcement structural par collage darmatures additionnelles base de fibres de carbone, mis au point en partenariat avec le LCPC, BOSTIK, SOFICAR, et FREYSSINET, commercialis et pos par FREYSSINET. Le procd est bas sur le principe dun placage de matriau rsistant aux efforts de traction et coll sur les zones tendues de la pice renforcer pour en augmenter les performances de fonctionnement. Le procd TFC a essentiellement un rle de renforcement structural aux efforts engendrs par les effets de flexion ou deffort tranchant. Il permet galement de raliser le confinement par frettage de pices de bton comprimes. La mise en uvre du composite directement sur le support permet de mouler la forme exacte de la pice renforcer, de ne pas manier de plaques lourdes ou encombrantes. La seule interface de collage avec le support tant la matrice mme du composite, le TFC ne gnre pas de concentration de cisaillement pouvant provoquer des amorces de dcollement dans les zones de faible paisseur de rsine.

2. Domaine demploi propos Les renforcements douvrages sont calculs conformment aux rgles prsentes dans la suite du prsent dossier technique. Les renforcements sont applicables aux ouvrages neufs ou anciens. Les supports viss sont en bton (arm ou prcontraint), en maonnerie ou en acier. Dans le cadre du prsent Avis Technique, le domaine demploi vis couvre tous les lments structuraux en bton, en maonnerie ou en acier entrant dans la constitution de btiments de toutes destinations, pour autant que le procd leur soit applicable, tant sur la plan de la conception que sur celui de lexcution du renforcement. Ses excellentes tenues la corrosion et divers agents chimiques agressifs en font un matriau de renforcement appropri pour des structures en site difficile ou soumises des ambiances agressives.

3. Dfinition des supports On dsigne par support la surface de matriau apte recevoir le systme de renforcement TFC. Le support doit rpondre certains critres de rception gomtriques mcaniques et physico-chimiques. Les caractristiques des matriaux du support doivent tre en adquation avec les efforts dentranement engendrs par le renfort et sappliquant sur linterface de collage, la rsistance au cisaillement des matriaux doit tre prise en compte dans la note de calcul de dimensionnement et vrifie de faon effective sur le chantier. La rception du support est base sur des essais darrachement, conformment la norme NFP 18-852 (essai de pastillage) : pastilles colles sur le support et arraches au moyen dun appareil de traction de type SATTEC. La valeur obtenue devra tre au moins gale celle prise en compte dans la note de calcul. Cette procdure respecte les prescriptions de la norme prcite, l'exception de la forme des pastilles que nous ralisons carres au lieu de circulaires. La raison de cette adaptation est qu'il est plus facile de faire l'empreinte priphrique en marquant d'un coup de disque le support que de raliser une empreinte de carottier dans les positions les plus diverses. Les recommandations de la norme sont scrupuleusement respectes pour les interprtations et calcul des valeurs. Le choix des zones reprsentatives est effectu contradictoirement avec le Matre d'oeuvre ou d'ouvrage. Freyssinet choisit les zones en cours d'excution dans le cas o elles apparassent suspectes. Il s'agit d'un

auto-contrle avant le dmarrage dune tude d'excution, ou en cours de ralisation. Ce contrle n'exclut pas le contrle externe qui gnralement est command par le Matre d'oeuvre et est dans ce cas ralis par des laboratoires d'essais Les tats de surface du support et les dfauts gomtriques locaux doivent tre traits avant lapplication. Les supports sont prpars conformment au chapitre 7, et exempts de peinture, vernis, graisse, agent de dcoffrage, et de faon gnrale, de tous corps organiques ou vgtal. Ils doivent tre dpoussirs avant application. Le TFC est peu sensible lhumidit et peut tre appliqu sur un support lgrement humide mais non ruisselant. Les ouvrages enterrs ne devront subir aucune sous-pression pendant la pose et la polymrisation de la matrice du TFC.

4. Rsine de la matrice du composite Le procd de renforcement de structures par TFC ncessite l'utilisation d'une rsine synthtique destine imprgner le tissu TFC et assurer la liaison avec le support renforcer. Le procd utilise un systme poxydique bicomposant spcifique dont les caractristiques rhologiques permettent lapplication sur des surfaces verticales ou en plafond tout en assurant une imprgnation optimale du TFC. Il peut tre appliqu sur des supports tels que la maonnerie, l'acier, le bton sec ou humide, des tempratures comprises entre 5 et 50 C. La colle bi-composants du TFC porte les rfrences Eponal Rsine et Eponal Durcisseur.

4.1 Caractristiques de la rsine TFC La colle TFC est constitue de 2 composants (rsine + durcisseur) prdoss et conditionns en kits de 1,8 kg ou de 5kg. La consommation moyenne dadhsif Eponal TFC, par exemple pour un tissu de grammage 500 g/m est de 1,2 1,5 kg/m par couche de tissu. Elle varie suivant la nature et l'tat de surface du support renforcer. La dure pratique d'utilisation des mlanges dpend de la quantit mise en oeuvre (effet de masse) et de la temprature ambiante (exothermie). La vitesse de durcissement aprs application, lie la temprature ambiante conditionne le dlai avant mise en service. Les principales caractristiques ainsi que les paramtres de mise en uvre et de durcissement sont dcrits dans le chapitre 20.

4.2 Hygine et scurit La colle TFC doit tre utilise par du personnel ayant reu une formation pralable concernant le respect des rgles lmentaires d'hygine (protection individuelle, nettoyage et limination, etc.) et les risques spcifiques lis l'utilisation de ce produit (contact accidentel avec la peau, prcautions d'emploi, etc.) L'ensemble de ces informations est disponible sur les fiches de donnes de scurit du produit.

4.3 Stockage - dure de vie Chaque emballage prcise la date limite d'utilisation dans des conditions de stockage habituelles (emballages non ouverts stocks entre 5 et 30 C sous abri).

5. Fibres de constitution du tissu TFC

5.1 Fibres de carbone Les fibres de carbone Torayca sont obtenues par pyrolyse d'une fibre organique (PAN) appele prcurseur. Ce dernier est rticul et orient en atmosphre contrle.

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Les fibres de carbone se prsentent sous forme de mches noires contenant 12000 monofilaments de 7 8 microns de diamtre. Elles offrent deux possibilits d'utilisation : la premire en tant que carbone pour les proprits de cet lment, la seconde en tant que fibre flexible qui convient toutes les formes de produits finis. Les fibres de carbone bnficient de caractristiques mcaniques et de proprits physiques trs intressantes grande rsistance et haut module d'lasticit en traction

longitudinale, grande rsistance la fatigue et la dformation, lgret, grande rsistance l'usure, absorption des vibrations, grande stabilit dimensionnelle, grande stabilit thermique (les fibres de carbone sont pratiquement

incombustibles), bonnes conductivits thermique et lectrique, grande rsistance la corrosion vis--vis des acides, des bases,

des sels et des produits organiques, transparence aux rayons X. Dans le cas du procd TFC, parmi la large gamme de fibres de carbone Torayca, une fibre industrielle a t choisie pour sa parfaite adquation aux applications BTP. Cette fibre a t teste dans des laboratoires spcialiss, le LCPC inclus. Le tableau ci-aprs fournit les principales caractristiques de la fibre de carbone garanties par Soficar : Torayca T 700SC 12K 50C

PROPRIETES

MECANIQUES UNITE MAXIMUM NOMINAL MINIMUM

CONTRAINTE

DE RUPTURE Moyenne par lot MPa ___ 4900 4510

MODULE

EN TRACTION Moyenne par lot GPa 240 230 221

ALLONGEMENT

A RUPTURE Moyenne par lot % ___ 2.1 1.8

MASSE

LINEIQUE 12 K Moyenne par lot

g / 1000 m 824 800 776

DENSIT Moyenne par lot g / cm3 1.84 1.8 1.76

ENSIMAGE Moyenne par lot % 1.6 1.2 0.8

12 K = 12000 filaments par mche Les fibres de carbone sutilisent essentiellement sous la forme de matriaux composites pour confrer au produit fini le meilleur des proprits physiques, statiques et dynamiques. Ces matriaux anisotropes prsentent une contrainte de rupture trs leve pour une densit cinq fois moindre que celle de lacier. 5.2 Tissu du composite TFC Le tissu du composite TFC est constitu de fibres de carbone orientes 90 dans la chane et dans la trame de manire obtenir une armure souple et dformable pouvant pouser les formes du support. Le type de tissage est un satin n4, conforme la norme ISO 7211. Le tissu est un tissu bidirectionnel sens de rsistance privilgi dans la chane, constitu de 70 % de fibres dans le sens de la chane et de 30 % de fibres dans le sens de la trame. Le reprage du sens privilgi est simple dans la mesure ou le TFC est livr en largeurs standards et que le sens de meilleure rsistance est le sens longitudinal du coupon. De ce fait il est important dindiquer sur les plans dimplantation des renforcements lorientation de pose du tissu. Ce reprage se fait simplement en indiquant par un symbole deux flches le sens de pose du tissu.

30

7030

30

70

ou ou

7070

30ou

Les largeurs nominales* de tissu TFCsont 300 mm 200 mm 150 mm 75 mm

40 mm *On dsigne par largeur une dimension nominale qui correspond un nombre de mches de carbone garanti par largeur (5 mches par cm) soit, par exemple, pour une largeur nominale de 150 mm un nombre de 75 mches. La largeur nominale indique la section rsistante du renfort. Le tissu TFC est livr en rouleau la longueur commande nexcdant pas 50 m. Le tissu peut tre coup sur le chantier la longueur dsire au moyen dun cutter ou dune paire de ciseaux. Le tissu TFC dsigne larmature du composite, sa masse surfacique est dfinie suivant la norme ISO 4605. Les fibres du tissu sont revtues dun produit densimage favorisant la liaison chimique avec la matrice. Le stockage du tissu doit tre fait labri de lhumidit dans un local ar. Le tissu stock correctement na pas de date limite dutilisation.

6. Composite TFC On appelle composite TFC, lensemble du tissu matric dans la rsine de synthse. Le composite obtenu par la fabrication in situ est constitu denviron 40 % de tissu et 60 % de rsine. Ces proportions peuvent varier lexcution dans une fourchette de plus ou moins 7 % selon les conditions dapplication sur le chantier (temprature ambiante, surface spcifique du support etc.) Une fois constitu, le composite contient 65% de fibres (tissu) et 35% de rsine poxydique (matrice). Ces proportions s'appliquent la section rsistante effective, et ne tiennent pas compte de lexcdant de rsine la mise en uvre. Les caractristiques mcaniques indiques dans le tableau ci dessous sont les caractristiques minimales garanties. Elles concernent le tissu imprgn qui constitue le corps du composite, donc la section rsistante effective.

EPAISSEUR MOYENNE 0,48 mm

TRACTION A RUPTURE 1700 MPa

MODULE E 105 000 MPa

TRACTION RUPTURE 1 cm de largeur chane 8,15 kN

TRACTION RUPTURE 1 cm de largeur trame 3,50 kN

7. Prparation des supports

7.1 Cas gnral pour toute nature de support Les supports doivent tre dbarrasss de tous produits pouvant contrarier la bonne adhrence du TFC. La surface des matriaux supports est systmatiquement prpare par des moyens mcaniques de dcapage adapts. Un essai de traction directe est ralis in situ par pastillage pour caractriser le support avant la pose et vrifier que les caractristiques mcaniques du support sont au moins gales celles prises en compte dans le calcul. Bien que le TFC ait de grandes capacits pouser les formes les plus diverses et mme non dveloppables, il n'est pas capable de suivre tous les dfauts locaux de surface tels que les bullages, petites paufrures, nids de cailloux, dsaffleurements ou autres. Il est donc ncessaire dans certains cas deffectuer des ragrages ou reprofilages de surface avant dappliquer le TFC. Le dfaut local peut tre dfini comme un dfaut de profondeur suprieure 5 mm et dont la surface apparente serait infrieure 25 cm. Les arrtes vives, ou ruptures de plan doivent tre abattues par un chanfrein conformment au 7.3 ci-dessous.

7.2 Prparation des supports en bton Le bon fonctionnement des armatures colles est li la capacit dentranement du renfort par le plan de collage. La surface de collage du bton doit tre prpare de faon a crer un tat de rugosit suffisant et liminer la couche de surface offrant gnralement peu de cohsion.

8 3/07-540

Les moyens de prparation peuvent tre choisis en fonction des surfaces traiter et des nuisances occasionnes lors du traitement. La prparation peut tre ralise par : sablage sec (choix dabrasif conforme aux rgles dhygine en

vigueur), sablage humide, hydrodcapage (machine travaillant 2000 bars), pistolet aiguilles, bouchardage (tte de boucharde minimum 25 dents, un brossage

gnral est indispensable aprs ce traitement). Ponage de surface au moyen de disques diamants. Le traitement doit tre rigoureusement contrl : il sagit dliminer la couche de surface, pour rendre visible les agrgats constitutifs du bton, et non pas de raboter la surface du bton. Ce nest pas la rugosit qui qualifie le degr de prparation.

7.3 Ragrage et reprofilage des supports en bton

Le ragrage sapplique aux dfauts en creux qui sont repris par un mortier adhrent au support et de rsistance cohsive au moins gale celle du matriau support. Le reprofilage sapplique gnralement aux dfauts en saillie que lon limine par rabotage, ponage ou en adoucissant la forme par un chanfrein rapport. Les ragrages et reprofilages des supports doivent tre excuts selon la norme NF P 95-101 (Rparation et renforcement des ouvrages en bton et maonnerie - Reprise du bton dgrad superficiellement). Quand ils prsentent des dfauts rpertoris dans cette norme, les supports en bton doivent tre repris localement pour assurer une surface de contact continue. Les reprofilages peuvent tre raliss : soit par un rabotage mcanique ou un ponage des parties en

saillie, soit par le bouchage des dfauts en creux avec des mortiers de

rsine fortement chargs en fillers minraux et appliqus sur une couche primaire daccrochage, par exemple un mortier Eponal 376 constitu dun partie de rsine pour cinq parties de sable grs broy,

soit avec des mortiers hydrauliques retrait compens, qui offrent lavantage davoir des modules dlasticit trs voisins de celui du bton en place,

soit des btons projets par voie sche dans le cas de grandes surfaces traiter.

Dans le cas de reprofilage par mortier hydraulique ou bton projet, il convient de prparer la surface de collage comme indiqu dans le chapitre 8 de la norme. Le bouchage de dfauts trs locaux (infrieurs 4 cm) tels que bullages de surface, ou le bouchage de rservations de coffrage peut tre trait par des ptes bouche pores type mastic poxy dur, par exemple le mastic Eponal 380. Les ragrages profonds peuvent tre traits par des mortiers de rsine poxy ou des mortiers de liants hydrauliques retrait compens qui offrent lavantage dapporter une couche de passivation aux aciers ventuellement dcouverts. En cas de reprofilage ou ragrage par mortier hydraulique ou bton projet, lapplication du TFC se fera aprs un dlai de recouvrement suffisant, indiqu dans les spcifications techniques du produit utilis, pour viter les pousses dues au dgazage de lvaporation de lexcdant deau. La matrice du TFC permet une application sur un support lgrement humide ; elle est compatible avec le pH dun bton jeune. En cas de pose de TFC moulant la forme de la pice, comme par exemple le retournement du tissu sur les faces latrales, il est impratif dliminer les parties saillantes ou arrtes vives par un meulage. Les arrtes sont casses par un chanfrein de 1 cm x 1 cm au minimum.

7.4 Rparations denrobage des armatures du support en bton

Le trac de fissuration rvle souvent lorigine du dsordre : cest gnralement le cas quand une fissure suit le trac dune armature. Sous leffet de la corrosion, lacier produit de loxyde qui peut foisonner jusqu atteindre 8 fois le volume initial de larmature. Il en rsulte une pousse au vide crant la fissure, mais aussi un dcollement du bton de larmature.

Dans ce cas, le collage dune armature additionnelle sur le bton ne permettrait pas dobtenir un entranement satisfaisant. Il est donc absolument ncessaire de rparer lenrobage de larmature du bton arm, selon la norme NF P 95-101, avant lapplication du TFC. Un tel traitement oblige dgager larmature sur toute sa priphrie pour pouvoir estimer la perte de section et retirer loxyde de larmature avant de reconstituer lenrobage. En cas de perte de section importante dune armature existante, le bureau dtude de structure doit tre averti, car les aciers dorigine sont pris en compte dans les calculs de dimensionnement du renforcement.

7.5 Prparation des supports en maonnerie Lorsque les supports en maonnerie sont recouverts d'un enduit, qui peut lui-mme tre protg par une peinture, ce revtement doit tre retir pour appliquer le TFC directement sur la maonnerie brute, sauf si l'on peut dmontrer que l'adhrence du revtement est compatible avec le fonctionnement du TFC dans l'application vise (adhrence de l'endui sur le support de 0,5 MPa au moins). Quand ils prsentent des dfauts de surface tels que dsaffleurements ou autres, les supports en maonnerie dagglomrs de bton ou de briques doivent tre reprofils localement, pour assurer une surface de contact continue et sans asprits. Sur les supports en maonnerie dagglomrs de bton et en maonnerie de briques pleines, toutes les dispositions numres au 7.3 ci-dessus sont applicables. Les perforations de maonnerie et les joints incompltement remplis doivent tre traits comme un ragrage profond. Sur les supports en maonnerie de briques creuses, les paisseurs de cloisons constituant la brique ne permettent pas un enlvement de matire. Les dsafleurements infrieurs 5 mm provoquant des saillies, ne doivent pas tre simplement rabotes. Il est ncessaire dans ce cas deffectuer un ragrage pour adoucir les dfauts. Dans le cas extrme o les dsafleurements sont suprieurs 5 mm, il est ncessaire de procder un repiquage jusqu ouverture des alvoles, puis de traiter les alvoles alors mises jour comme des ragrages profonds. .

7.6 Prparation des supports en acier Avant l'application du TFC, les supports en acier doivent tre sabls et recevoir une primarisation avec l'Eponal 348 sur la face coller.

8. Pose du TFC cas gnral

8.1 Conditions dapplication 8.11 Conditions climatiques La pose du TFC doit tre ralise sur un support dont la temprature est suprieure 5 C, et une temprature ambiante comprise entre 5C et 50C. Si le support est chauff, on devra assurer le maintien de la temprature pendant la dure de polymrisation du composite. Le taux dhygromtrie nest pas un facteur rdhibitoire. On sassure quil ny a pas de ruissellement deau sur le support (en respectant la rgle des +3C sur le support par rapport la temprature du point de rose de lair).

8.12 Conditions de rception du support On doit sassurer de la rsistance mcanique du support (voir chapitre 3). Le support doit tre prpar selon les rgles de lart (voir chapitre 7).

8.13 Conditions de ralisation Le projet a fait lobjet dune tude, le chantier dispose dun plan de pose et de reprage.

8.2 Application du TFC Le TFC est un tissu sec appliqu sur couche de rsine humide. Lapplication est faite directement sur le support.

8.21 Mlange de la rsine La colle poxy bi-composant est livre en kits prdoss, elle doit tre mlange dans son intgralit. Le mlange doit tre effectu de faon mcanique en utilisant un fouet hlicodal mont sur une perceuse. Les deux composants sont de teintes distinctes. Le mlange est prt quand la teinte du produit mlang est uniforme.

3/07-540 9

8.22 Application de la premire couche de rsine

On applique la premire couche de colle poxy (dite couche de collage) avec des moyens permettant de masser le support pour faire pntrer la rsine au mieux dans les anfractuosits du support, et assurer ainsi une bonne imprgnation de surface. La couche de collage est applique raison de 700 g/m 50 g au moyen dun rouleau poils ras. Pour des surfaces importantes, on peut utiliser des rouleaux auto-aliments type Airless par exemple.

8.23 Application des bandes de tissu de carbone Les tissus sont pralablement dcoups en ls aux dimensions indiques par le plan de pose. Les tissus sont livrs en largeurs standard, les dcoupes sont donc toujours ralises dans le sens de la largeur. Les coupes longitudinales dans les tissus ne sont pas admises car sans fil de bordure le tissu se dfait et rend le collage difficile. Le tissu doit toujours tre appliqu sur une couche de rsine humide. La pose du tissu sur la couche humide se fait en partant dune extrmit vers lautre par placage du revers de la main sur la rsine de collage lavancement. Pendant cette opration de pose, on vrifie lavancement le paralllisme dun des bords extrieurs du l par rapport une trajectoire trace sur le support, ou par rapport au l prcdant dans le cas de bandes juxtaposes. Le l de tissu doit tre pos sans pli, et sans tirement excessif, sur un support pralablement reprofil si ncessaire conformment au chapitre 7. Aprs la pose, le tissu doit tre fermement plaqu sur le support par un marouflage permettant limprgnation de la colle dans les fibres et llimination des bulles dair ventuelles. Le marouflage est ralis au moyen dun rouleau en lastomre souple ou dun rouleau de peintre poils ras muni de son tube de protection en polythylne. Aprs lopration de marouflage, le tissu doit avoir un lger poisseux au toucher bien que la prsence de rsine ne soit pas perceptible en tout point.

8.24 Application de la couche de rsine de fermeture

La deuxime couche de rsine (dite couche de fermeture) est destine donner lapport de matire poxydique permettant dachever limprgnation du tissu. Cette deuxime couche est applique immdiatement aprs la pose du tissu : en aucun cas cette couche ne peut tre applique aprs polymrisation de la premire couche. Lapplication de la couche de fermeture est faite au moyen dun couteau enduire pass dans le sens des fibres sans excs de pression. La quantit de mise en uvre sur cette couche est de 700 g/m 50 g. La pose de cette couche nest jamais strictement uniforme : on peut aprs durcissement constater en surface de TFC des zones plus ou moins brillantes dues des surpaisseurs de colle. Ces dfauts daspect naltrent pas la rsistance du renforcement.

9. Renforcements particuliers

9.1 Recouvrements On appelle recouvrement la longueur ncessaire de tissu superpos pour assurer la continuit dune bande interrompue et prolonge par une autre. Les recouvrements ne sappliquent gnralement quau sens longitudinal du tissu de renforcement. Cest souvent le cas rencontr quand il est ncessaire de dplacer des chafaudages ou de travailler par zones pour des raisons dexploitation dans des locaux en service. Les recouvrements peuvent alors tre raliss sur couche de rsine encore humide ou sur TFC durci. Sur couche de rsine humide, le tissu en recouvrement peut tre

appliqu directement sur la couche de finition du l dj pos. Sur TFC durci, la zone de recouvrement doit tre dpolie au moyen

dun papier abrasif et nettoye au moyen dun chiffon imbib de mthyle thyle ctone (MEC), avant dappliquer une couche de collage sur laquelle sera pos le tissu en recouvrement.

Le recouvrement doit avoir une longueur minimum de 10 cm quelle que soit la largeur du tissu.

9.2 Couches de TFC superposes Il est possible de superposer des couches de TFC pour rduire la contrainte de travail dans le matriau de renfort. La superposition de couches peut se faire sur couche de rsine humide pendant la pose, ou aprs durcissement du composite. Les procdures de pose sont alors identiques dans les deux cas aux procdures de recouvrement. Le nombre maximum de couches superposes nest limit que par la capacit dadhrence au support.

10. Dispositions particulires En phase finale, le TFC peut tre revtu de divers systmes pour des raisons desthtique ou de protection.

10.1 Peintures dcoratives Le TFC a une matrice base poxydique. Une fois sa polymrisation termine, il peut tre revtu : de tout systme de peinture poxyde compatible avec un support

poxyde, de tout systme de peinture polyurthane compatible avec un

support poxyde, plus gnralement, de tout systme de peinture compatible avec

un support poxyde. En particulier, il existe des revtements compatibles avec le TFC permettant dobtenir une classification M1 pour les missions au feu. Dans le cas de revtements pelliculaires de type liant hydraulique modifi (LHM), ltat de surface de la couche de fermeture du TFC doit tre trait de faon spcifique au moment de la pose. Pour assurer ladhrence dun tel systme, il faut avoir une surface dadhrence de base minrale. On cre ce support minral en incorporant au TFC un sable sec de calibre 0,5 - 1,5 jet la vole sur la rsine encore humide.

10.2 Chocs et abrasion Pour les structures soumises un risque de chocs et dabrasion, une protection du TFC est requise. Cette protection est dfinie par les pices crites du march, et peut, par exemple, consister en une couverture par un enduit hydraulique appliqu sur une passe de rsine sable, ou une couche de composite base de fibres daramide.

10.3 Protection au feu La stabilit au feu de la structure renforce peut tre justifie selon le DTU Feu Bton en faisant un calcul lELU avec des charges non pondres et en prenant en compte seulement les aciers existants de la structure. Si cette justification nest pas satisfaite, le TFC doit tre protg par un produit isolant, bnficiant dun procs-verbal dessai effectu sur ce type de support, et maintenant la temprature du TFC infrieure 80C pendant un temps suffisant. La justification de la satisfaction aux exigences des rglements de scurit est faite partir de performances consignes dans les procs verbaux tablis par les laboratoires agrs par le Ministre de lintrieur.

10.4 Rayonnements ionisants Le TFC, et notamment la rsine utilise pour le composite, rsiste aux radiations sans perte de performance. Il existe des revtements compatibles avec le composite permettant de rendre le renforcement par TFC dcontaminable.

10 3/07-540

11. Lois de comportement et notations

11.1 Loi de comportement du TFC

Rf : rsistance garantie la rupture du TFC = 1700 MPa

Module lastique Rf

Rff

E= = 105 000 MPa

11.2 Adhrence TFC - support et contrainte de cisaillement admissible

La longueur L utile dancrage du TFC est gale 100 mm pour un bton sain (fc 25 MPa). Dans le cas dun bton de moindre rsistance, on prvoira sur site une longueur dancrage de 150 mm, mais les justifications vis vis de contraintes de cisaillement linterface sont nanmoins effectues avec une longueur utile de collage L = 100 mm dans tous les cas. La contrainte de cisaillement admissible dans le bton, due ladhrence du TFC, est :

ELS : = 1,5 MPa ELU : u = 2,0 MPa

Lorsque l'entrainement total du TFC par adhrence est requis en tout point d'un renforcement, la contrainte dans le TFC ne peut excder la valeur :

MPaeL

uf

f 417lim ==

Pour le TFC appliqu sur de la maonnerie, on utilise les mmes valeurs que pour le bton, ou des valeurs infrieures dfinies en fonction de l'adhrence du support (voir chapitre 3). Pour le TFC appliqu sur de lacier, la contrainte de cisaillement admissible dans le plan de collage l'ELU est u= 8,0 MPa 11.3 Notations Rf : contrainte de rupture garantie du composite TFC Rf : dformation de rupture garantie du composite TFC uf = 913 MPa : contrainte de traction du TFC admissible l'ELU sf = 550 MPa : contrainte de traction du TFC admissible l'ELS f lim = 417 MPa : contrainte admissible pour entranement total

u : contrainte de cisaillement dans le bton due ladhrence du TFC admissible l'ELU

bf : largeur des bandes de TFC

ef = 0,48 mm : paisseur de calcul d'une couche de TFC N : nombre de couches de TFC sf : espacement des bandes paralllement la fibre moyenne Af : section de calcul du composite TFC zf : bras de levier relatif aux bandes de TFC L = 100 mm : longueur utile de collage Ef : module lastique du TFC en traction

12. Renforcement en flexion du bton arm

12.1 Prambule Le calcul des structures en bton arm renforces par du TFC se fait selon les rgles et les principes du BAEL. La vrification sappuie sur les hypothses fondamentales du calcul du bton arm, savoir : Le bton tendu est nglig dans lquilibre des sections. Les sections planes restent planes aprs dformation (hypothse

de Navier - Bernouilli). Non glissement de lacier et du TFC par rapport au bton. Les combinaisons de charges sur les structures, les lois de comportement et les coefficients de scurit sur lacier et le bton sont ceux donns par le BAEL.

12.2 Flexion ltat limite de service (ELS) 12.21 Principe Le moment M appliqu une section donne se dcompose en : un moment M1 appliqu avant renforcement par TFC, un moment M2 appliqu aprs renforcement. On a : M = M1 + M2 Ltat de contraintes total dans les matriaux rsulte de la combinaison des contraintes sous la sollicitation M1 sans le renfort de TFC et des contraintes sous la sollicitation M2 avec le renfort de TFC. Il faut vrifier que :

s1 + s2 s b1 + b2 b f sf

s : contrainte admissible dans les aciers existants, selon les rgles BAEL en fonction de ltat de fissuration, et limite fe (non plastification des aciers).

b : contrainte admissible dans le bton = 0,6 fcj. sf : contrainte admissible dans le TFC l'ELS = 550 MPa. 12.22 Calcul des contraintes dans un cas gnral

As

Af

x Fb

Fs

Ff

d h

M

As

b1 b2

As s1/n

b1+ b2

M1 + M2

s2/n (s1+s2)/n

f/n f/n A

L

F

traction

uf Ef

Rf 0,87%

Rf Contrainte rupture

3/07-540 11

M : moment sollicitant As : section de lacier en zone tendue As : section de lacier en zone comprime Af : section du TFC b : contrainte en fibre suprieure du bton comprim s : contrainte dans lacier comprim s : contrainte dans lacier tendu f : contrainte de traction dans le TFC n : coefficient dquivalence entre acier et bton (rapport des

modules) = 15 n : coefficient dquivalence entre TFC et bton = 7,5 I : inertie totale de la section = Ib (bton) + Is (acier)

avec If (TFC) 0 La section est en quilibre lorsque : Fb + Fs + Fs + Ff = 0 avec

b = I

M.x

s = n . M . I

dx

f = n . M . I

hx

o Fb = ( )x0 b dy.ybxy Fs = As s Ff = Af f Fs = As . s 12.23 Cas dune section rectangulaire b x

2+ (n As + n As + n A f) x - n As d - n As d - n Af .h = 0

I = b x3

3 + n As (d - x) + n As (d - x)2 + n . A f . (h - x)

b = ( )M xI

nM d xI

n M h xIs f

. ( ) ' = =

12.3 Flexion ltat limite ultime (ELU) Les vrifications et les calculs doivent respecter la rgle des 3 pivots du BAEL. La dformation dformation de rupture garantie du TFC est gale 1,62 %. Elle est suprieure celle qui correspond au pivot A au sens du BAEL.

Ff, force reprendre par le TFC, se dduit de lquilibre de la section : Mu = Fs.(d-x/2) + Ff.(h-x/2) Fb= Fs+ Ff La contrainte maximale admissible dans le TFC lELU est dfinie partir de lallongement de 1 % et dun coefficient partiel de scurit f = 1,15. Soit uf = 105 000 x 1% / 1,15 = 913 MPa La section de TFC ncessaire est Af = Ff / uf En exprimant Ff en newtons et Af en mm2, on obtient simplement Af = Ff x 1,1.10-3 Le dimensionnement du TFC en flexion compose seffectue de la mme manire, en galisant la somme Fb - Fs - Ff la sollicitation deffort normal. Le TFC doit tre prolong au del de la section renforce la flexion, dune distance minimum de scurit gale 200 mm.

12.4 Vrification de la contrainte dentranement (ELU)

La contrainte dentranement u linterface TFC - bton doit tre infrieure la contrainte admissible dans le bton u .

u = ff

uFdb

V+sf

FF .

.

o bf : largeur de collage du TFC Vu : valeur maximale de leffort tranchant lELU sur la longueur

o est appliqu le TFC Ff et Fs : forces respectives dans le TFC et dans les armatures

longitudinales existantes (voir 11.3)

Il faut sassurer que u < u

13. Renforcement en flexion du bton prcontraint

13.1 Prambule Le calcul des structures en bton prcontraint renforces par du TFC se fait selon les rgles et les principes du BPEL. Le renforcement la flexion par TFC dun lment prcontraint est possible sil est admis de lui appliquer la classe de vrification immdiatement infrieure celle prvue lors de son dimensionnement initial. Les vrifications du renfort lELS ne sont donc conduites quen classe II et III pour des structures initialement dimensionnes en classe I et II respectivement. Des amnagements sont proposs pour les structures initialement dimensionnes en classe III.

13.2 Flexion l'tat limite de service (ELS) 13.21 Classe II La vrification en classe II sapplique en gnral aux ouvrages initialement calculs en classe I, dont on souhaite augmenter la capacit portante. Les contraintes sont calcules sur la section non fissure. Aucune contrainte de traction nest admise dans le bton lors de la mise en place des renforts.

Af bf

As

d

u

Af

As

h d

x

b

M

As d

As

Af

x

s

d h

Mu

f

b

Fb

Fs

Ff

12 3/07-540

En service, les contraintes de traction dans le bton doivent satisfaire aux valeurs de lalina 6.1,23 du BPEL, soit : sous combinaisons rares : ftj dans la section denrobage et 1,5 ftj

ailleurs, sous combinaisons frquentes : 0 dans la section denrobage. La justification en classe II est admise moyennant le respect de la condition de renfort minimal transpose de lalina 6.1,32 du BPEL et dtaille ci-aprs.

13.22 Classe III Ce calcul est conduit suivant lalina 6.1,24 du BPEL adapt comme suit : les sections droites restent planes, la rsistance la traction du bton est nglige, les matriaux ne subissent pas de glissement relatif (sauf dans le

cas de la prcontrainte non adhrente ; dans ce cas, aucune surtension dans ces armatures nest prise en compte),

les contraintes dans les matriaux sont obtenues par la superposition de l'tat avant renforcement (indice 1) et de ltat aprs renforcement et augmentation des charges (indice 2).

On a donc : b = b1 + b2 p = pm + p2 s = s1 + s2 f = f2 Le calcul des sollicitations dans les matriaux bton et armatures passives avant renforcement (tat 1) est effectu en flexion compose en prenant les caractristiques de la section non renforce, soumise aux sollicitations N = Pm et M = M1. Les surcompressions du bton, les surtensions des armatures passives ainsi que la tension dans le renfort TFC sont obtenues par un calcul en flexion compose de la section renforce en soustrayant les valeurs obtenues sous N = Pm et M = M1 aux valeurs obtenues sous N = Pm et M = M1 + M2. Les surtensions des armatures actives sont obtenues par ce mme calcul mais en soustrayant aux valeurs obtenues sous N = Pm et M = M1 + M2 les valeurs obtenues sous N = Pm et M = Mperm (moment ltat permanent). Tous les matriaux sont dans leur domaine lastique et leurs contraintes sont limites aux valeurs suivantes : bton : b < 0,6 fcj (0,5 fcj sous combinaisons quasi permanentes) aciers passifs : s < Max [240 ; 110 fti] TFC : f < f lim La section denrobage demeure entirement comprime sous les combinaisons quasi permanentes. On peut nanmoins accepter une tension infrieure ou gale 0,7 ftj si le TFC assure une tanchit complte de la zone tendue en question. Sous combinaisons frquentes, les surtensions sont limits : prcontrainte adhrente : p2 < 100 MPa aciers passifs : s2 < 0,35 fe Sous combinaisons rares, les surtensions sont limits : prcontrainte adhrente par post-tension : p2 < 0,10 fprg prcontrainte adhrente par pr-tension :

p2 < Min [0,10 fprg , 150 p] 13.23 Classe III amnage Dans le cas d'un lment initialement dimensionn en classe III et recevant des surcharges, le renforcement par TFC ne permet pas toujours de remplir la rgle de vrification des surtensions dans les cbles de prcontrainte ' + " < 0,10 fprg (voir BPEL 6.1.24). On pourra dans ce cas amnager la classe III en considrant que c'est l'ELU qui dimensionne le TFC, avec notamment la vrification des dformations. La limitation des surtensions l'ELS sera remplace par la vrification : pm + ' + " < fpeg. 13.24 Section minimale des renforts La section minimale de renfort disposer dans les zones tendues applicable aux justifications en classe II et III est de :

Bt

tjps

f

Bttf

fAANBA

+=

lim1000

o : Bt : aire de la partie du bton tendu, Bt : valeur absolue de la contrainte maximale de traction, NBt : rsultante des contraintes de traction correspondantes, (ces diffrentes quantits tant calcules sur la section non fissure en classe II et en classe III) As et Ap : sections respectives des armatures passives et prtendues dont la distance au parement en traction nexcde pas la plus grande des deux valeurs : 5 cm ou deux tiers de la hauteur du bton tendu.

13.3 Flexion l'tat limite ultime (ELU) Ce calcul est conduit suivant lalina 6.3 du BPEL adapt comme suit : les sections droites restent planes, la rsistance la traction du bton est nglige, les matriaux ne subissent pas de glissement relatif (sauf dans le

cas de la prcontrainte non adhrente, dans ce cas, aucune surtension dans ces armatures nest prise en compte.)

Les diagrammes contraintes - dformations du bton et des armatures passives et actives ainsi que les coefficients de scurit partiels sont ceux du BPEL.

Lallongement pralable des armatures de prcontrainte pm ainsi que laccroissement accompagnant le retour zro de la dformation du bton adjacent p sont ceux du 6.3,31 du BPEL. La variation de dformation complmentaire p est donne par le diagramme des dformations en flexion compose de la section soumise leffort normal N = Pm et au moment ultime Mu. Pour un effort normal donn, le moment ultime rsistant est obtenu lorsque le diagramme des dformations de la section est un diagramme limite dfini par lune des conditions ci-aprs : Pivot A : p , s ou f = 1% Pivot B : b = 0,35% Fb = 0,8 y . 0,85 fcj / /b Fp = Ap . Ep . p /p Fs = As . Es. s /s Fs = Af . Ef . f /f o s, p et b ont les valeurs usuelles du BPEL, f = 1,15.

14. Renforcement statique leffort tranchant

Par analogie au calcul des armatures deffort tranchant en bton arm, le renforcement leffort tranchant par du TFC est calcul lELU exclusivement.

14.1 Structure en bton arm Le renforcement par du TFC est envisageable sous rserve de vrifier le non dpassement des contraintes admissibles de cisaillement du BAEL dans le bton [u = Vu / (b.d) u* avec u* dtermin par le BAEL selon les conditions de fissuration]. De plus, il est ncessaire de bien pouvoir assurer concrtement laccrochage des bandes de TFC et de vrifier que la contrainte de cisaillement ultime linterface bton reste infrieure la contrainte admissible

u .

A

As

Ap psf

Fp Fs

b

y 0,8y Fb

Af Ff

3/07-540 13

Les bandes peuvent tre fermes (ceinturage de la poutre), ouvertes (en U ou seulement sur les faces latrales), ou ancres par un ancrage mcanique (mches, plats, cornires, etc.) u = 45 degrs : inclinaison des fissures d'effort tranchant L = 100 mm : longueur utile d'ancrage du TFC Ast / st : armatures deffort tranchant existantes (en cm2/m) Asf / sf : bandes de TFC en renfort transversal (en cm2/m). La section de TFC vaut Asf = bf . ef . N o N est le nombre de couches de TFC, sur la ou les faces de la pice renforce. La tenue leffort tranchant est assure ds lors que :

Vu < VR = Vs + Vf + Vb o : Vu : effort tranchant ultime la section considre

sin

) sin( f z s

A Vu

u

s

e

t

sts

+= contribution des armatures

sin

) sin( z s

A Vu

ufff

f

sff

+= contribution du TFC

3f

z bk V tnb = contribution du bton Les angles et f correspondent respectivement linclinaison par rapport lhorizontale des armatures passives et des bandes de TFC. Leur valeur usuelle est 90 degrs. Les valeurs de f et de zf dpendent du type de renforcement : Cas 1 : bandes ceinturant la poutre

f = 913 MPa et zf = 0,9 h (o h est la hauteur de la poutre) Cas 2 : bandes en U ancres dans le hourdis par des pices

mtalliques ou des mches f = 913 MPa et zf = Min [0,9 h ; hf] (o hf est la hauteur de la bande du TFC)

Cas 3 : bandes en U ancres dans le hourdis par des mches f 913 MPa et zf = Min [0,9 h ; hf] (o hf est la hauteur de la bande du TFC) Une mche peut ancrer 22 kN lELU, c'est--dire l'effort admissible l'ELU dans une bande de TFC de 50 mm. Si lespacement des mches est gal 50 mm, alors f = 913 MPa. Si lespacement des mches est major, la contrainte admissible du TFC est diminue au prorata par la formule : f = 0,022 / (0,48 x d) en MPa (d : espacement des mches en mm).

Cas 4 : Bandes en U non ancres dans le hourdis f = f lim = 417 MPa et zf = Min [0.9 h ; hf L]

Cas 5 : Bandes sur faces latrales seulement f = f lim = 417 MPa et zf = Min [0.9 h ; hf 2 L]

Lusage de bandes ceinturant la poutre ou de bandes en U avec ancrage mcanique (mches ou profils mtalliques) est limit des bandes perpendiculaires laxe longitudinal de la poutre. Dans les cas, 3, 4 et 5, une couche de TFC au maximum par bande est envisageable.

14.2 Structure en bton prcontraint Notations et schmas identiques larticle 14.1 mais langle des fissures d'effort tranchant u peut varier de 30 degrs 45 degrs. Cet angle u est dtermin par la formule du BPEL 7.3 :

( )tuxu

uu

=2

tan et 30u La tenue leffort tranchant est assure ds lors que :

Vu < VR = Vs + Vp + Vf + Vb O : Vu : Effort tranchant ultime la section considre.

sin

) sin(

f z

sA

Vu

u

s

e

t

sts

+= contribution des aciers passifs

sin

) sin( z s'F V

u

u'

t

tup

+= contribution des aciers actifs

sin

) sin( z s

A Vu

uffuf

f

sff

+= contribution du TFC

3f z bk V tnb = contribution du bton.

Les angles , et f correspondent respectivement linclinaison par rapport lhorizontale des armatures passives, actives et des bandes de TFC. Leur valeur usuelle est 90 degrs. Les valeurs de f et de zf varient en fonction du type de renforcement : voir 14.1 ci-dessus.

15. Confinement de poteaux en bton

15.1 Prambule Le confinement du bton amliore sensiblement ses proprits mcaniques. L'enroulement de TFC autour d'un poteau, en hlice ou sous forme de cerces fermes, permet daugmenter de manire consquente sa capacit portante ultime. Le modle de calcul est celui de Richart (1928), appliqu la loi de comportement parabole - rectangle de lEurocode 2.

fc = fc + 4 p cu = cu [1 + 20 p / fc] c2 = c2 [fc / fc]2 o p est la pression de confinement du TFC Rappel : c2 = 2.10-3 et cu = 3,5.10-3 selon le BAEL. Le TFC permet de confiner des poteaux soumis une compression centre, c'est--dire dont la rsultante des efforts reste dans le noyau central (la section est entirement comprime sur toutes ses fibres).

15.2 Notations R :rayon de la section du poteau D :grand diamtre de la section du poteau (section circulaire ou elliptique) a :petit diamtre de la section du poteau (section circulaire ou elliptique) ou petit ct de la section du poteau (section rectangulaire) b : grand ct de la section du poteau (section rectangulaire) rc : rayon du chanfrein du poteau (section rectangulaire) p : pression impose par le confinement en TFC fc : rsistance la rupture du bton non confin fc : rsistance la rupture du bton confin cu : raccourcissement la rupture du bton non confin cu : raccourcissement la rupture du bton confin

u

d b

h

As hf

sf

bf hf cotg(u)

L

zf

c2 cu c2 cu

fc'

fc bton non confin

bton confin

14 3/07-540

l : ratio de ferraillage longitudinal (= As / B) eTFC : paisseur totale de TFC(= nombre de couches x paisseur nominale) sf : espacement des bandes de TFC (ou pas de l'hlice) bf : largeur des bandes de TFC uf : dformation maximale admissible par le TFC en traction cf : coefficient de forme

15.3 Poteau circulaire Un poteau est considr comme circulaire si sa section droite est circulaire ou elliptique avec un grand diamtre D infrieur ou gal 1,5 fois le petit diamtre a. Pour les poteaux circulaires, la pression de confinement ultime est donne par :

R s cE e b

pff

fTFCf

f

fu=

Avec = 1 . 2 Coefficient d'inclinaison des bandes :

1

Dp 1

1 f

1

+=

Coefficient d'espacement entre bandes de TFC :

1 - 12D

b - s - 1

l

2ff

2

=

fu : contrainte de traction dans le TFC gale 9 f : coefficient de scurit gal 1,15 cf : coefficient de cerce gal 1 pour les poteaux circulaires

15.4 Poteau carr Un poteau est considr comme carr si sa section droite est carre ou rectangulaire avec un grand ct b infrieur ou gal 1,5 fois le petit ct a. Pour les poteaux carrs, la pression de confinement ultime est donne par :

b s c

E e b 2 p

ff

fTFCf

f

fu=

Avec = 1 . 2 Coefficient de non circularit de la section :

( ) 1 - 1 A 3b'a' - 1

lb

22

1 +=

Coefficient d'espacement entre bandes de TFC : ( ) ( )

( ) 1 - 1 A 3b - s b a

- 1 lb

ff2 +=

Ab : aire de la section de bton fu : contrainte de traction dans le TFC gale 9 f : coefficient de scurit gal 1,15 cf : coefficient de cerce gal 1,5 pour les poteaux carrs

15.5 Poteau rectangulaire Pour un poteau de section rectangulaire dont le grand ct b est suprieur ou gal 1,5 fois le petit ct a, le confinement circonfrentiel n'est pas suffisant. La section rectangulaire doit tre dcompose en cellules carres laide de dispositifs mcaniques traversant le poteau (coutures de TFC, triers ou boulons prcontraints). Chaque cellule est dimensionne selon le 15.4 ci-dessus. Leffort de dimensionnement par mtre linaire reprendre par les tiges (ou les mches) doit tre au moins gal deux fois leffort de traction ultime par mtre linaire dans les bandes de TFC de confinement priphriques. Les cerces de TFC doivent tre continues sur tout le pourtour de llment renforc.

15.6 Justification des poteaux renforcs par TFC

Par analogie au BAEL, les justifications des poteaux sont menes lELU exclusivement.

15.61 ELU fondamental La vrification de llment se fait suivant le BAEL B.8.4 en remplaant la rsistance du bton en compression (fc) par la rsistance du bton confin (fc) dtermine selon les prescriptions prcdentes. La rduction de 1 cm sur le pourtour pour la section rsistante du bton sera respecte.

15.62 ELU accidentel Si laccident conduit la perte de renfort TFC (feu, etc.) le poteau non renforc doit pouvoir tre justifi la rupture sous sollicitations non pondres.

15.7 Dispositions constructives Lespacement maximal des bandes de TFC doit tre limit la plus petite des valeurs : 40 cm, 15 o reprsente le diamtre minimal des armatures

longitudinales comprimes (afin de limiter le risque de flambement de ces armatures),

0.5 a o a est la petite dimension de la section droite du poteau.

R ou D

bf

sf

bton

bton non confin

rc

a

TFC b = b 2 rc

a

b

Cerces de TFC

Couture de TFC Barre et plaques

3/07-540 15

16. Renforcement, vis--vis du sisme, des strcutures en bton arm.

16.1 Prambule Le renforcement parasismique de structures en bton arm est possible par TFC dans les cas suivants : structure ancienne ne remplissant pas les prescriptions des

rglements parasismiques en vigueur, structure rpute conforme aux prescriptions rglementaires

ncessitant un renforcement suite un changement de destination ou une augmentation des charges.

Dans la suite, le rglement parasismique de rfrence et la NF P 06-013 (dite rgles PS 92). Une tude dynamique de la structure doit tre effectue par un bureau d'tudes comptent, pour dterminer les renforcements parasismiques ncessaires, ou les confortements d'une structure endommage par un sisme pralable. Conformment au 6.3. des rgles PS 92, les forces et sollicitations obtenues par un calcul linaire sont divises par le coefficient de comportement q. Cela permet de tenir compte du comportement non linaire des structures en bton sous sisme, et d'une rserve de ductilit. Sous rserve de dispositions satisfaisantes aux ancrages, le renforcement par TFC est capable de satisfaire une demande de ductilit, par lapparition de mcanismes locaux permettant au composite daccommoder des dformations importantes du support. C'est pourquoi on adopte galement un coefficient de comportement pour l'tude d'un renforcement parasismique par TFC, ou d'un confortement par TFC d'une structure endommage. Ce coefficient prend les valeurs suivantes suivant le type d'ouvrage : installations classes au sens de larrt du 10 mai 1993 ou

ouvrages prsentant un risque particulier : q = 1, btiments de classe B, C ou D construits avant lapplication des

Rgles PS 92, ncessitant un renforcement gnralis : q = 1 avec lutilisation du spectre lastique normalis (rgles PS 92 annexe A),

btiments construits avant lapplication des Rgles PS 92, ncessitant un renforcement localis : q = 1, avec lutilisation du spectre lastique normalis (rgles PS 92 annexe A),

btiments rputs construits selon les Rgles PS 92, ncessitant un renforcement localis : q = valeur retenue l'poque de la construction du btiment.

Le coefficient de comportement relatif la composante verticale du sisme est pris gal 1.

16.2 Renforcement sismique d'lments linaires en bton

Un lment de section rectangulaire a x b est considr comme linaire lorsque b < 4 a. Les structures constitues de poteaux et poutres en bton arm ou prcontraint (par exemple des btiments industriels en portiques sans remplissage) sont renforces par TFC selon les dispositions suivantes.

16.21 Renforcement flexionnel en partie courante de poteaux et poutres

Le calcul des renforts longitudinaux s'effectue l'ELU, selon le pivot A (parfois B) du BAEL, comme indiqu dans le 12.3 et 13.3 ci-dessus. Coefficients de scurit partiels : acier : s = 1, s = 1%. bton : b = 1,15 soit

b

cjbu

f

.85,0=

TFC : on applique un coefficient de scurit f = 1,15 par rapport une dformation limite de 1% dans le composite. Soit uf = 0,87% et uf = 105 000 x 1% / 1,15 = 913 MPa.

16.22 Renforcement sismique l'effort tranchant Les renforcements sismiques de poteaux et poutres l'effort tranchant sont calculs selon les prescriptions du chapitre 14 ci-dessus.

16.23 Confinement dans les zones critiques Le TFC peut remplacer des triers manquants en zone critique. La section (At/st)calcul des spires ou cadres transversaux de confinement ncessaire est dfinie par les rgles PS92. Le renfort par TFC des armatures en place (At/st)existant est dtermin pour obtenir une rsistance quivalente en effort ultime aux d'aciers rglementaires, selon la formule suivante : Af/sf = [(At/st)calcul - (At/st)existant] . fe / uf avec uf = 913 MPa. Le confinement d'un nud est possible par des cerces de TFC autour des lments assembls par le nud, pour satisfaire le 11.3.7.2 des PS 92. Il peut tre ncessaire de renforcer en flexion la section d'encastrement d'un poteau ou d'une poutre dans le nud, en paississant localement cet lment devant le poteau par des "goussets" ou des "botes" en bton arm par des cerces de TFC croises, comme sur l'exemple ci-dessous (nud de faade).

L'espacement des bandes ne doit pas dpasser la plus petite des valeurs : 30 cm entre axe des bandes, 0,25 a, en zone critique, ou 0,5 a ailleurs, entre nu des bandes (a

est la plus petite dimension transversale de l'lment renforc).

16.3 Renforcement sismique de voiles en bton

Un mur est un lment de hauteur h et de dimensions en plan a x b pour lequel b > 4 a.

16.31 Renforcement dun voile court Ce type de voile, o h < 4 b, est sollicit principalement l'effort tranchant horizontal V, selon un schma de fonctionnement bielles - tirants : pour assurer lquilibre de leffort tranchant, on suppose que les bielles comprimes de bton sont inclines 45 et lon dispose des armatures verticales en tant que tirant.

Bote de renfort en bton

Cerces de TFC horizontales et verticales

16 3/07-540

Leffort tranchant maximal mobilisable dans le mur est Vmax = Min[Va ; Vb] Limite Vb impose par la rsistance en compression du bton : la contrainte dans la bielle est :

1,15f

0,85a

V2 cjbc

b

bbc == l

o lb est la largeur de la bielle, limite 4 fois l'paisseur du voile b.

D'o 2aV bcbb

l= Limite Va impose par les armatures verticales : Va = Av fe + Af v uf + Nb o fe = 400 ou 500 MPa uf = 913 MPa Av : section d'armatures verticales mobilisables sur la largeur de la bielle lb Afv : section de TFC vertical sur la largeur de la bielle lb Nb : effort vertical de compression sur la largeur de la bielle Du fait des sollicitations alternes, on placera la mme section Afv aux deux extrmits du voile. Si la largeur de bielle ncessaire pour respecter la rsistance en compression du bton lb > h, il faut "remonter" l'effort de la bielle par des armatures horizontales existantes compltes si ncessaires par une surface Afh de bandes de TFC horizontale rpartie sur la hauteur . On complte par du TFC le cours d'armatures horizontales Ah pour que :

b

11 VV l

l= < Ah fe + Afh uf

Les bandes de TFC verticales doivent tre convenablement ancres leur extrmit infrieure (ct appui). Lespacement entre axe de bandes est limit 3 a.

Renforcement dun voile long Ce type de voile, o h > 4 b, est sollicit principalement en flexion. On place aux extrmits du voile (champ et/ou faces latrales) des bandes de TFC verticales dimensionnes par le moment de flexion alterne M dans le plan du voile, selon le 16.2.1 ci-dessus. Des bandes horizontales pour "remonter" les bielles deffort tranchant peuvent tre ncessaires. Elles sont dimensionnes selon le 16.3.1 ci-dessus. On prendra en compte la contribution favorable de la charge verticale N, et la zone de bton comprime selon le 11.8.2.1.3 des PS 92 en vrifiant la condition de non glissement de cet article. Lespacement entre les bandes sera limit 3 fois lpaisseur du voile (espacement entre axe de bandes).

16.32 Renforcement des chanages autour d'un voile

On peut renforcer en TFC les chanages suivants (11.4.3 et 11.5 des PS 92) : Chanage vertical d'extrmit de mur, sur les deux faces du mur,

avec des bandes horizontales de confinement en U et/ou des bandes verticales. Ces chanages sont continus sur toute la hauteur de l'tage, de plancher plancher, et sont ancrs dans les planchers par des mches traversantes (coutures) ou des cornires ancres par des barres traversantes.

Chanage horizontal de plancher, sur une face du plancher, de part

et d'autre des murs. Ces chanages sont continus sur toute la longueur de l'tage, de mur mur, et sont ancrs dans les planchers par des mches traversantes (coutures) ou des cornires ancres par des barres traversantes.

Chanage des linteaux, sur les deux faces du mur, ancrs 10 cm au del de bandes verticales de confinement en U.

Chanage priphrique continu de dalle (sur le rebord extrieur de la dalle).

lb

Ah

Afv

Nb V

l1 Afh

b lb

Av

Afv

a

Nb V

45

h

N

M

V

voile de

Appui

N

+/-M

+/- V

voile de contreventeme

h

b

About de mur

Ancrage mcanique

Renforts TFC

3/07-540 17

16.4 Renforcement dun plancher leffort tranchant horizontal

Les planchers en bton arm ou prcontraint rigidifient les constructions en transmettant des efforts tranchant horizontaux. L'ouverture d'une trmie ou le changement de destination de l'ouvrage peut ncessiter un renforcement de plancher, les armatures existantes n'tant plus suffisantes pour reprendre les efforts tranchants. Le plancher se comporte comme un mur de contreventement, l'exception de l'effort normal N qui est nul dans ce cas. Le renfort par des bandes de TFC perpendiculaires la direction de l'effort tranchant TFC est dimensionn comme dans le 16.3.1 ci-dessus. En outre, il convient d'appliquer la rgle des coutures pour reprendre l'effort de glissement g aux liaisons plancher voile porteur. Si les armatures en place l'encastrement du plancher dans les voiles sont infrieures aux armatures requises (At/st)calcul = g / fe, on place une section de renforts en TFC : Af/sf = [(At/st)calcul - (At/st)existant] . fe / uf Les bandes de TFC doivent tre ancres mcaniquement dans la profondeur des voiles porteurs. Lespacement entre bandes sera limit la plus petite des valeurs : 3 fois lpaisseur du plancher 50 cm. 16.5 Dispositions constructives Les recouvrements longitudinaux, de longueur L = 100 mm doivent tre placs en dehors des zones critiques, avec des recouvrements alterns. Les bandes de TFC doivent tre ancres convenablement, par l'une des dispositions suivantes : ancrage par adhrence du TFC par une sur-longueur de 100 mm

au del de la zone o le TFC est ncessaire. Dans ce cas, on ajoutera des bandes transversales de maintien, recouvrant l'extrmit des bandes de TFC dfinies par le calcul, en U ou en L (cas des talons de poutres) ou plat (cas d'lments surfaciques).

prolongation du TFC par un retour en U ou en L sur l'extrmit de l'lment renforc

ancrage par les mches dfinies en 19.3, traverse d'un obstacle par les coutures dfinies en 19.4, ancrage sur un profil mtallique selon 19.5.

17. Renforcement, vis--vis du sisme, des structures en maonnerie

17.1 Prambule Les structures en maonnerie (constitues de blocs gomtrie rgulire tels que agglomrs en bton ou briques) ne remplissant pas les prescriptions des rglements parasismiques en vigueur peuvent, dans certains cas, tre renforces par TFC : application de TFC pour amliorer le comportement hors plan de

panneaux de remplissage en maonnerie, considrs comme des lments secondaires non structurels mais dont il faut prvenir la chute en cas de sisme,

renforcement de la capacit en plan de murs de remplissage contreventant une structure en portiques en bton arm, en transformant un systme de type portique avec remplissage en une structure en maonnerie porteuse chane et "arme" par le TFC,

ajout de chanages sur des murs en maonnerie non chans ou avec des chanages insuffisants, notamment autour des ouvertures, pour les btiments d'habitation de taille moyenne ou rduite.

17.2 Renforcement hors plan de panneaux de remplissage maonnerie

Dans ce paragraphe, les panneaux de remplissage en maonnerie sont considrs comme des lments secondaires non structurels, soumis aux actions locales de l'article 7.1 des rgles PS 92 : prise en compte d'une acclration minimale KaN avec K = 1,8.

17.21 Application de TFC sur les deux faces Le renforcement par TFC des deux faces de la maonnerie permet de crer un panneau rsistant des moments de flexion alterns, similaire un mur en maonnerie arme au sens du 12.2.2.3 des rgles PS 92. Le dimensionnement s'effectue en flexion simple ou compose sous laction rpartie des forces dinertie sexerant perpendiculairement au panneau. On utilise les rgles du bton arm (hypothse des sections planes, mme aprs fissuration des parpaings sur la face tendue). La rsistance en compression des parpaings est vrifie selon les valeurs normalises, ou en fonction dessais sur prlvements. La contribution du TFC en compression est nglige. On doit placer sur chaque face du mur une section de TFC tendue :

MPa913F

FA f

uf

ff ==

o Ff est leffort de traction dans les fibres l'ELU. On vrifie la contrainte dentranement du TFC au droit des parpaings, selon le 12.4 ci-dessus :

uf

u .zbV

= avec : V : effort tranchant perpendiculaire au panneau bf : largeur de bande z : bras de levier du TFC (0,9 e pour une section pleine dpaisseur e) Lancrage des renforts est calcul en majorant de 50% les ractions calcules dans les hypothses ci-dessus.

TFC sur les deux faces

+ / - V

Ff Ff

+ / - M

H1

H2

Ancrages mcaniques

Renfort TFC

Coupe transversale

Vue en plan

18 3/07-540

17.22 Application de TFC sur une face Lorsquil nest possible dappliquer le TFC que sur une face, pour des raisons pratiques, le panneau renforc asymtriquement ne peut pas rsister des flexions alternes. Nanmoins, le TFC peut alors jouer le rle de "filet" vitant que la cloison ne se dsagrge et chute ( 12.3.2 des PS 92). Le mur renforc se comporte comme une membrane, charge par les forces d'inertie du mur (masse du mur par unit de surface multiplie par l'acclration sismique perpendiculaire au mur) avec une rponse en grands dplacements. On calcule dforme en chanette d'une bande de largeur unitaire dont on nglige l'inertie de flexion. Cela conduit un effort de traction Tf dans le TFC, ainsi que des angles aux ancrages. On doit vrifier Tension de chanette : Tf < Af uf Entranement (les parpaings ne se "dtachent" pas du filet en TFC)

:

< arrachement Ancrage du TFC, en prenant en compte l'inclinaison de la force de

traction et avec un coefficient de scurit de 1,5 :

1,5 Tf < Rcisaillement 1,5 Tf . tan < Rarrachement o les rsistance de l'ancrage dpendent du type d'ancrage retenu. 17.3 Renforcement de la capacit en plan de

murs de remplissage Un renfort par TFC permet d'augmenter la capacit de contreventement des panneaux de remplissage en maonnerie dun btiment. Les bandes de TFC, colles dans les directions verticales et horizontales sur une ou deux faces des panneaux en maonnerie, transforment un systme de type portique avec remplissage (calcul selon le 12.2.3.4. des rgles PS 92) en une structure en maonnerie porteuse, chane et "arme" par le TFC. Un mur en maonnerie renforc par des bandes de TFC verticales et horizontales se dimensionne comme une maonnerie arme horizontalement et verticalement selon le 12.2.3.3 des rgles PS 92, par un calcul en sections type bton arm : les armatures verticales des chanages et les bandes de TFC en partie courante doivent quilibrer les tractions des zones tendues. En particulier, la capacit de contreventement du mur de remplissage est calcule par la mthode de la bielle comprime 12.2.3.3.2 des rgles PS 92, rappele ci-dessous : la bielle comprime de maonnerie a une largeur w w = min (D / 5 , 5 a) o D est la longueur de la bielle (diagonale du panneau) a est l'paisseur brute de la maonnerie la contrainte de compression dans la maonnerie doit tre

infrieure la rsistance caractristique (valeur normalise ou rsultat dessais sur prlvements) divise par m

les armatures verticales des chanages en place, et le renforcement par TFC en partie courante, doivent quilibrer les tractions des zones tendues.

17.4 Ajout de chanages sur des murs en maonnerie non chans

Le respect des prescriptions rglementaires (PS 92) conduit placer des chanages horizontaux et verticaux de section d'armatures minimales dans toutes les zones critiques de la structure. La continuit mcanique des chanages suivant les trois directions doit tre assure, par exemple l'aide de coutures en TFC. Ces dispositions peuvent tre restitues a posteriori en remplaant les armatures par des bandes de TFC, dimensionne rsistance quivalente de lacier quelles remplacent :

suf

ef A

fA = avec uf = 913 MPa. L'ancrage des chanages doit tre ralis de faon approprie, avec selon les cas : chanage par cerce continue sur tout le pourtour dun lment ou

sur toute la circonfrence extrieure de la construction, ancrage par adhrence du TFC par une sur-longueur de 100 mm,

au del de la zone o le TFC est ncessaire, couverte par des bandes de TFC de maintien dans la direction perpendiculaire,

prolongation du TFC par un retour en U ou en L sur l'extrmit du mur renforc,

ancrage par lune des mthodes dfinies dans le 17.5 ci-dessous. 17.5 Dispositions constructives Les bandes de TFC doivent tre disposes en lits horizontaux continus de chanage vertical chanage vertical et/ou en lits verticaux continus de plancher poutre. L'espacement entre bandes ne doit pas dpasser la plus petite des valeurs : 40 cm 3 fois l'paisseur du mur renforc. Il faut en outre vrifier l'absence de joints (vide) entre le pourtour du panneau de remplissage et les poutres ou les poteaux qui l'encadrent. Les bandes de TFC poses sur la maonnerie doivent tre correctement ancres sur des lments structuraux rsistants au sisme (chanages, poteaux, planchers, poutres en bton arm ou en acier) par l'une des mthodes suivantes : prolongation des bandes de TFC sur l'lment structurel dont la

surface est dans le mme plan que le parement de la maonnerie, et ancrage par adhrence sur une longueur minimum de 100 mm,

ancrage dans un lment structurel en bton par les mches dfinies en 19.3,

traverse d'un lment structurel en bton par les coutures en TFC dfinies en 19.4 pour assurer la continuit des renforts,

ancrage sur un profil mtallique selon 19.5.

18. Les contrles la mise en uvre Les contrles la mise en uvre sont des contrles internes (auto-contrle) raliss par lentreprise dapplication Freyssinet. Ils sont dfinis dans le prsent document et peuvent tre rappels dans la procdure dexcution fournie au client pour accord pralablement au dmarrage des oprations. Les rsultats des contrles sont enregistrs sur des fiches spciales. Le contrle comprend les phases suivantes : Avant application :

- un contrle de rception des matriaux sur site, - un contrle de rception du support.

Pendant lapplication : - un contrle des conditions dapplication, - une vrification du trac suivant les plans "bons pour excution", - la ralisation dune p