Durabilité des ouvrages fluviaux et maritimes renforcés au moyen de matériaux composites application port de dunkerque Mardy Long, Chafika Djelal-Dantec, & Stephan Kesteloot
Partenaires de projets Partenairesdu projet: Artois Comm Tech Sub Sika Port de Dunkerque LGCgE, Université d Artois
Problématique
Problématique Problématique: Les ouvrages en milieu marin ou fluvial constituent un patrimoine important en France et à l étranger. Plus de 50 % de ces ouvrages nécessite des travaux de réhabilitation chaque année But: Recherche d une méthode de renforcement ou de réparation rapide et peu coûteuse pour ces ouvrages
Pathologies du béton Le béton peut être en: Zone non immergée Zone de marnage Zone immergée Béton Armature Fissuration due à la corrosion Fissuration due au gel/dégel Zone non immergée Zone de marnage Abrasion due au vague Décomposition chimique Zone immergée
Pathologies Mécanismes de dégradation mécanique chimique physique biologique -choc -abrasion -érosion - carbonatation -chlorure -sulfate - alcali-réaction gel/dégel organismes vivants
Techniques de réparation Techniques de réparation: Ragréage Béton projeté Béton pompé Béton mis en place par chute libre Projet MAREO (région Pays de la Loire): Réparations par mortiers, et par revêtements superficiels des ouvrages exposés aux cycles de marnage d'eau de mer. Problème: Durabilité Coût Main-d œuvre qualifiée
Objectifs de la recherche Matériaux non-corrosifs qui peuvent diminuer le coût et convenir pour réparer des structures portuaires? Matériaux composites Pourquoi? Poids léger Facilité et rapidité de la mise en œuvre Résistance mécanique élevée Résistance à la corrosion
Objectifs de la recherche Les matériaux composites sont utilisés pour réparer ou renforcer des ouvrages du BTP, mais leurs utilisations dans un milieu marin ou fluvial ne sont pas nombreuses. Les zones endommagées sont traditionnellement réparées à l état sec. Cet état sec pourrait être obtenu en construisant temporairement des batardeaux (coût élevé) La colle utilisée est préconisée pour réparer une surface sèche et n est jamais utilisée sur une surface humide. Objectifs: Mise au point un procédé de la mise en œuvre Etude de la durabilité
Sites expérimentaux (Port de Dunkerque) Quai Milieu marin Hauteur de marnage: 6m Culée de pont fermé par des écluses Milieu fluvial
Durabilité de l adhérence béton/colle/composites Collage des lamelles et tissus de carbone Méthodologie Résistance mécanique Stockage des poutres dans la zone de marnage Zone non immergée Zone de marnage 8 et 20 mois 12 mois Essais de flexion 4 points Essais d arrachement
Mise en œuvre des composites Application de l adhésif Nettoyage du béton Mise en œuvre des composites sur la paroi du quai
Tissus de carbone en zone non immergée Mise en œuvre des composites à la culée du pont Tissusde carboneen zone de marnage Lamelles de carbone
Essais d arrachement -But: Mesurer l adhérence entre les composites et le béton (durabilité du collage) -Echéances des essais: 8 et 20 mois Systèmes de renforcement Environnement Lamelle Tissu Non immergée 5 5 Marin Marnage 5 5 Non immergée 5 5 Fluvial Marnage 5 5
Résultats des essais d arrachement en milieu marin 3,0 2,74 2,52 2,50 2,29 2,22 2,15 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 1,86 1,76 Lamelle non immergée Lamelle en zone de marnage Tissu non immergé Tissu en zone de marnage 0,0 8 mois 20 mois Diminution des contraintes résiduelles au cours du temps Perte d adhérence d environ 16% par rapport à la zone non immergée Contraintes > 1,5 MPa (valeur admissible). Les matériaux sont convenable pour le renforcement
Résultats des essais d arrachement en milieu fluvial 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 2,90 2,85 2,89 2,71 2,64 2,71 2,68 2,49 Lamelle non immergée Lamelle en zone de marnage Tissu non immergé Tissu en zone de marnage 0,0 8 mois 20 mois Pas de dégradations significatives à 20 mois par rapport à 8 mois Perte d adhérence environ 6 à 9% par rapport à la zone non immergée
Essais sur les poutres Dimension des poutres: 20 x 30 x 170 cm Formulation du béton pour les milieux marins
Essais sur les poutres Corps d épreuves Nombre de poutres Stockées en laboratoire Stockées in-situ Poutre témoin 3 3 Poutre renforcée par lamelle de carbone 3 3 Poutre renforcée par barre de carbone 3 3 Ferraillage des poutres Collage de la lamelle Collage des joncs
Miseen place des poutresà l aided une grue et d un plongeur Poutres au début de vieillissement Poutresà la fin de vieillissement
Rupture des poutres en flexion (poutres non renforcées)
Rupture des poutres en flexion (poutres renforcées par la lamelle)
Rupture des poutres en flexion (poutres renforcées par des joncs)
Résultats des essais des poutres en laboratoire Charge (kn) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Campagne expérimentale Poutre témoin (PT3) Poutre renforcée par lamelle (PL3) Poutre renforcée par jonc (PJ2) 0 5 10 15 20 25 Flèche (mm) Matériaux composites permettent: de réduire la flèche et d augmenter la capacité portante d augmenter la charge de rupture 52 % pour les poutres renforcées par lamelle 64 % pour les poutres renforcées par les joncs
Résultats des essais des poutres vieillies à Dunkerque 200 180 160 140 Charge (kn) 120 100 80 60 40 20 Poutre témoin (PT3 DK) Poutre renforcée par lamelle (PL3DK) Poutre renforcée par jonc (PJ3dk) 0 0 5 10 15 20 Flèche (mm) Matériaux composites permettent: de réduire la flèche et d augmenter la capacité portante d augmenter la charge de rupture 39 % pour les poutres renforcées par lamelle 64 % pour les poutres renforcées par les joncs
Résultats des essais des Poutres témoins en laboratoire et à Dunkerque 120 100 80 Charge (kn) 60 40 20 Poutre témoin en laboratoire (PT3) Poutre témoin à Dunkerque (PT3 DK) 0 0 5 10 15 20 25 Flèche (mm) Une augmentation de la charge à la rupture de 13 % pour les poutres témoins à Dunkerque
Résultats des essais des poutres renforcées par la lamelle en laboratoire et à Dunkerque 160 140 120 Charge (kn) 100 80 60 40 20 0 Poutre renforcée par la lamelle stockée au laboratoire (PL3) Poutre renforcée par la lamelle vieilli à Dunkerque (PL3 DK) 0 2 4 6 8 10 12 Flèche (mm)
Conclusion Les contraintes d arrachement diminuent au cours du temps, mais restent toujours supérieures à la valeur admissible de 1,5 MPa. L humidité et le marnage modifient les contraintes de traction des ouvrages collés. Le renforcement par les matériaux composite permet de diminuer la flèche et d augmenter la capacité portante des structures. Les matériaux utilisées sont convenables pour le renforcement en milieu marin et fluvial. Pour avoir un bon collage, la surface du support doit être bien nettoyée et le moment idéal pour effectuer la réparation est à la marée basse.
Merci de votre attention!