Description
Renforcement de structures par lamelles carbone précontraintes
Le renforcement par lamelles carbone précontraintes est une technique de renforcement actif des structures existantes.
Contrairement à une lamelle carbone simplement collée, la lamelle est mise en tension avant son ancrage définitif sur la structure. La précontrainte ainsi introduite génère un effet opposé à celui produit par les charges permanentes et les surcharges appliquées à l’ouvrage.
Cette action permet de solliciter immédiatement le renforcement et de soulager les armatures existantes. Elle peut également contribuer à limiter les déformations et l’ouverture des fissures.
La précontrainte est transmise à la structure par des dispositifs d’ancrage spécialement dimensionnés. La conception des zones d’ancrage et le transfert des efforts constituent donc des éléments essentiels du système de renforcement.
Comment fonctionne le renforcement par lamelles carbone précontraintes ?
La lamelle en fibres de carbone est mise en tension à l’aide d’un dispositif de précontrainte puis ancrée mécaniquement à la structure.
La mise en tension de la lamelle permet de créer un moment de flexion opposé à celui généré par les charges appliquées à l’ouvrage.
Après transfert de la précontrainte à la structure, le renforcement agit immédiatement sur son état de contraintes. Il peut ainsi contribuer à réduire les sollicitations dans les armatures existantes, à maîtriser les déformations et à limiter l’ouverture des fissures.
Le carbone présente par ailleurs une résistance mécanique très élevée pour une masse et un encombrement particulièrement faibles, ce qui en fait une solution adaptée au renforcement des structures existantes.
Pourquoi précontraindre les lamelles carbone ?
Une lamelle carbone simplement collée constitue principalement un renforcement passif : elle commence à être sollicitée lorsque la structure subit des déformations supplémentaires après la réalisation du renforcement.
Cette caractéristique peut devenir une limite lorsque la structure existante est déjà fortement sollicitée sous les charges présentes au moment des travaux.
Les armatures peuvent déjà présenter un niveau de traction important et le béton un niveau de compression élevé. Dans certaines configurations, la marge disponible pour mobiliser efficacement un renforcement passif devient alors insuffisante.
La précontrainte par post-tension apporte une réponse différente : la lamelle carbone est mise en tension et transmet volontairement un effort à la structure existante.
Cette action permet de modifier immédiatement l’état de contraintes de l’élément renforcé, sans attendre l’application de charges supplémentaires.
Un intérêt majeur lorsque la structure est déjà en charge
C’est l’un des principaux intérêts du renforcement carbone par précontrainte : il peut être mis en œuvre sur une structure déjà raisonnablement chargée et sollicitée, sous réserve de la vérification de son état initial et du dimensionnement du renforcement.
Lorsqu’une structure est déjà fortement sollicitée, il peut devenir difficile de recourir à un renforcement carbone passif. Celui-ci n’étant mobilisé que par les déformations intervenant après sa mise en œuvre, il ne permet pas de modifier directement l’état de contraintes déjà présent dans la structure.
La précontrainte extérieure par post-tension permet au contraire d’introduire une action mécanique dans l’ouvrage au moment même du renforcement.
Elle peut ainsi permettre de soulager la structure existante avant l’application de charges supplémentaires et de retrouver une marge de fonctionnement permettant d’accompagner l’augmentation des sollicitations.
Cette caractéristique rend la précontrainte particulièrement intéressante dans certains projets d’augmentation de capacité portante, de transformation ou de changement de destination d’un bâtiment.
Quels sont les avantages des lamelles carbone précontraintes ?
Selon la configuration de l’ouvrage et les objectifs du dimensionnement, cette technique peut permettre :
-
d’augmenter la capacité portante de l’élément renforcé ;
-
de soulager les armatures existantes ;
-
d’agir sur l’état de contraintes d’une structure déjà chargée ;
-
de limiter les déformations ;
-
de réduire ou maîtriser l’ouverture des fissures ;
-
d’améliorer le comportement en service de la structure ;
-
de renforcer un ouvrage avec une augmentation très limitée de son poids ;
-
de conserver un faible encombrement du renforcement.
Dans quels cas utiliser des lamelles carbone précontraintes ?
Cette technique est particulièrement adaptée aux opérations de réhabilitation, de transformation ou d’augmentation de la capacité portante de structures existantes.
Elle peut notamment être étudiée pour :
-
le renforcement de dalles en béton armé ;
-
le renforcement de poutres ;
-
le renforcement de planchers ;
-
l’augmentation des charges d’exploitation ;
-
le changement de destination d’un bâtiment ;
-
la transformation de structures existantes ;
-
le renforcement d’ouvrages de génie civil ;
-
les projets nécessitant une solution de renforcement légère et de faible encombrement.
La faible épaisseur des lamelles carbone constitue notamment un avantage lorsque les contraintes architecturales, techniques ou d’exploitation limitent les possibilités d’ajouter des structures de renforcement plus volumineuses.
Diagnostic et dimensionnement du renforcement
La mise en œuvre d’une précontrainte extérieure nécessite une connaissance précise de la structure existante, de son état de contraintes et des efforts devant être repris.
TES TECHNIFOR peut intervenir dès les phases d’étude afin d’analyser l’ouvrage et de définir la solution de renforcement adaptée.
Selon le projet, les investigations peuvent comprendre la reconnaissance de la structure, le repérage des armatures, des sondages, des carottages et la caractérisation des matériaux.
Le dimensionnement permet ensuite de déterminer la disposition des lamelles, le niveau de précontrainte et les dispositifs d’ancrage nécessaires en fonction du fonctionnement de l’ouvrage et des performances recherchées.
Mise en œuvre des lamelles carbone précontraintes
La réalisation du renforcement comprend plusieurs étapes dont la configuration dépend du procédé retenu et de la structure existante :
-
diagnostic et reconnaissance de la structure ;
-
vérification de l’état initial et dimensionnement du renforcement ;
-
préparation des supports ;
-
réalisation et mise en place des dispositifs d’ancrage ;
-
positionnement des lamelles carbone ;
-
mise en tension contrôlée des lamelles ;
-
transfert de la précontrainte à la structure ;
-
réalisation des protections et finitions nécessaires.
La qualité de la préparation des supports, des ancrages, de la mise en tension et du transfert des efforts conditionne directement le fonctionnement du renforcement.
Une solution particulièrement adaptée aux structures existantes
Les lamelles carbone précontraintes permettent de renforcer une structure avec une modification très limitée de sa géométrie.
Leur faible masse et leur faible encombrement présentent un intérêt particulier dans les bâtiments existants, lorsque l’ajout de structures métalliques importantes ou l’augmentation des sections en béton serait difficile à réaliser.
TES TECHNIFOR intervient notamment sur :
-
bâtiments industriels ;
-
bâtiments tertiaires ;
-
logements et copropriétés ;
-
parkings ;
-
établissements recevant du public ;
-
ouvrages de génie civil ;
-
structures nécessitant des interventions en environnement contraint.
Une expertise globale du renforcement des structures
La particularité de TES TECHNIFOR repose sur la complémentarité de ses métiers.
Nos compétences en diagnostic structurel, calcul et dimensionnement, sciage et carottage, renforcement carbone, renforcement métallique et travaux spéciaux nous permettent d’aborder globalement les projets de transformation et de renforcement des structures existantes.
Selon les contraintes de l’ouvrage, différentes solutions peuvent ainsi être étudiées : lamelles carbone collées, tissus de fibres de carbone, lamelles carbone précontraintes, renforcement métallique ou autres techniques de renforcement structurel.
TES TECHNIFOR intervient dans le Grand Est, notamment à Nancy, Metz, Reims, Strasbourg et Colmar, ainsi que sur des opérations techniques dans le quart Nord-Est de la France.
Un projet de renforcement par lamelles carbone précontraintes ?
Augmentation des charges, renforcement d’une dalle ou d’une poutre, transformation d’un bâtiment ou renforcement d’une structure déjà sollicitée :
