Les matériaux composites en tissus de fibre de carbone

Les matériaux composites en tissus de fibre de carbone

Matériaux Composite

Le terme matériau composite est généralement employé pour désigner les matériaux en fibre synthétique tels que la fibre de verre, la fibre de carbone et l’aramide enchâssée dans une résine (résine époxyde).
Le béton armé est constitué du béton, et barres d’aciers, par contre les matériaux composites sont constitués de deux éléments complémentaires d’un liant qui est la matrice et un renfort de fibres longues qu’ils peuvent se mélanger de façon hétérogène.
La matrice à pour but de :
Assurer la distribution de la charge sur toutes les fibres.
Protéger les fibres contre les effets de l’environnement.
Assurer la liaison avec le support à renforcer.
Ainsi les fibres longues apportent les meilleures propriétés physiques, statiques et dynamiques. Ces matériaux présentent une contrainte de rupture très élevée pour une densité cinq fois moins que celle de l’acier.
On identifie principalement deux classes de matériaux composites : Les composites à fibres ,Les composites à particules.

Technique de renforcement

Depuis les années 1960, le développement du collage de plaques métalliques en surface du béton leur permet de travailler comme des armatures extérieures. Malgré l’efficacité de cette méthode, l’apparition des contraintes comme la corrosion, masses, difficulté au collage a freiné l’utilisation pour les grandes surfaces du béton.
A cet effet, une attention particulière doit être porté sur les conditions d’ancrages de celui-ci afin d’assurer une continuité entre les éléments et d’éviter les risques de délaminage.
Il est important aussi de souligner que de nombreuses universités se sont penchées sur ce sujet de renforcements structurels à base de matériaux composites, il y lieu de citer qui a décrit de façon concise la projection de béton fibré ou non qui est utilisé aussi bien pour des réparations superficielles et profondes.
Le processus consiste à renforcer les fibres en enveloppant un élément de tôles de composite de fibres est donc considérer comme un atout majeur et une potentialité importante qui doit passer généralement par les étapes suivantes :
Inspecter la condition de surface de l’élément de structure à renforcer.
Réparer les fissures et les surfaces effritées avec une injection d’époxyde et du mortier à résine Époxydique.
Préparer la surface de l’élément de structure (avec des meules à main et du sablage humide au besoin) en éliminant les saillies et en s’assurant que le profil est adéquat.
Appliquer une couche d’apprêt puis du mastic de vitrier afin d’assurer l’adhérence des feuilles de fibres.
Appliquer une première couche d’agent d’imprégnation.
Appliquer les feuilles de fibres sur la surface, comme s’il s’agissait de papier peint.
Appliquer une deuxième couche d’agent d’imprégnation, une fois que les feuilles auront bien durci, généralement au bout d’une heure.
Répéter les étapes 6 et 7, jusqu’à ce que toutes les couches de fibres soient installée.

Mise en œuvre des composites de renfort en génie civil

Si leurs avantages sont de proposer une mise en œuvre relativement aisée, et de ne pas impacter la conception architecturale de l’édifice, la principale problématique de ces méthodes de renforcement réside dans la difficulté de les dimensionner et d’en prédire l’impact sur le comportement dynamique de la construction.
L’avancement dans les recherches dans Le collage de composites à matrice polymère et fibres techniques (FRP) aux entreprises chargées de sa fabrication de développer un procédé de renforcement à base de tissu fibre de carbone ou son utilisation s’est largement appliquer en Amérique du Nord, et en Europe.

Propriétés des composites de renfort

Les caractéristiques mécaniques qui composent les multiples matériaux composites de servant à renforcer les structures , sont différentes selon le mode de fabrication. Ils sont en fonction des propriétés des fibres qui les composent, de leur répartition, de leur nombre et de du type de l’interface matrice/fibres de renfort.
Pour cela, le problème réside dans l’identification des propriétés basées sur l’épaisseur réelle du tissu.
Afin de se libérer du changement d’épaisseur du composite, l’American Concrète Institute (ACI 2010) propose de calculer les caractéristiques des composites stratifiés au contact à partir de l’épaisseur « nette », considérée comme l’épaisseur des fibres sèches seules. Cette approche n’est complètement exacte dans l’identification la section réelle de l’éprouvette mais elle aide à se libérer des variations.

Choix d’approche de la méthode de calcul

La structure étudié est implantée à Boumerdés, classée dans la zone sismique III groupe d’usage 2 conformément a l’RPA 99V2003.on a opter pour le choix de la méthode d’analyse modale spectrale à cause des paramètres mentionné ci-dessous :
La non application de la méthode statique équivalente
Le bloc étudié du bâtiment, ne caractérise pas les conditions géométriques de la structure.
Groupe d’usage 2, la hauteur du bâtiment h = 26,48m >17m (non vérifier) dont le règlement parasismique stipule que si la hauteur est inférieure ou égale à 5 niveaux ou 17m (condition non vérifier).
Dans tous les cas La méthode d’analyse modale spectrale peut être utilisée et en particulier, dans le cas où la méthode statique équivalente n’est pas applicable.

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Table des matières

Introduction Générale
Chapitre I :Les matériaux composites en tissus de fibre de carbone
I.1. Généralités
I.2. Matériaux Composite
I.3. Technique de renforcement
I.4. Le collage de composites parmi les différentes méthodes de renforcement
I.5. Mise en œuvre des composites de renfort en génie civil
I.5.1. Collage de plat consolidés
I.5.2. Stratification au contact
I.5.3. Renforcement au cisaillement
I.5.4. Renforcement par confinement
Chapitre II :Présentation de l’ouvrage et caractéristiques des matériaux
II.1. Introduction
II.2. Présentation de l’ouvrage
II.2.1 Dimension en élévation et en plan
II.2.2 Schémas de l’ouvrage
II.2.3 Classification de l’ouvrage
II.2.4 Fonction
II.3. Caractéristiques des matériaux
II.3.1 Les fibres de renfort
II.3.2 Les fibres de carbone
II.4. Les composites à fibres
II.5. Matériaux composite de renfort en Génie Civil
II.6. Propriétés des composites de renfort
II.7.Exemples de système de renforcement sur le marché
II.8.Conclusion
Chapitre III :Etude sismique de la structure
III.1. Introduction
III.2.1.But de l’étude dynamique
III.2.2. Avantage et inconvegnant d’utilisation des différentes méthodes de calcul
III.2.3. Choix d’approche de la méthode de calcul
III.2.4. Exposé de la méthode d’analyse modale spectrale
III.3. Vérification selon le RPA 99V2003
III.3.1. Vérification de la période fondamental
III.3.2. Justification de la force sismique de calcule
III.3.3. Distribution verticale de la force sismique
III.3.4. Distribution horizontale des forces sismiques
III.3.5. Vérification des déplacements
III.3.6. Vérification de la largeur de joint sismique
III.3.7. Justification de l’effet p
III.3.8. Vérification du renversement
III.4. Vérification des poteaux
III.4.1. Vérification de coffrage des poteaux
III.4.2. Vérification de la section des poteaux
III.4.3. Vérification de l’effort normal réduit
III.4.4. Vérification des sollicitations tangentes
III.5.Etude comparative entre unes structure existante et de la structure renforcé
III.5.1. Introduction
III.5.2. Vérification selon l’RPA 99V2003
III.6. Conclusion
Chapitre IV :L’impact de l’utilisation des tissus de fibre de carbone sur un bâtiment en béton armé
IV.1. Introduction
IV.2. Estimation des périodes et facteurs de participation modale
IV.3. Analyse dans le domaine linéaire
IV.3.1. Variation du déplacement en fonction du temps
IV.3.2. Variation d’accélération en fonction du temps
IV.3.3. Variation de la vélocité (vitesse) en fonction du temps
IV.3.4. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
IV.3.5. Variation des sollicitations en fonction du temps
IV.4. Variation du déplacement en fonction du temps
IV.5. Variation de l’accélération en fonction du temps
IV.6. Variation de la vélocité (vitesse) en fonction du temps
IV.7. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
IV.8. Variation des sollicitations en fonction du temps
IV.8.1. Variation de l’effort normal en fonction du temps
IV.8.2 .Variation de l’effort tranchant en fonction du temps
IV.8.3. Variation du moment fléchissant en fonction du temps
IV.9. Variation du déplacement en fonction du temps
IV.10. Variation de l’accélération en fonction du temps
IV.11. Variation de la vélocité (vitesse) en fonction du temps
IV.12. Variation de l’effort tranchant à la base en fonction du temps
IV.13. Variation des sollicitations en fonction du temps
IV.13.1. Variation de l’effort normal en fonction du temps
IV.13.2 .Variation de l’effort tranchant en fonction du temps
IV.13.3. Variation du moment fléchissant en fonction du temps
IV.14. Etude paramétrique
IV.14.1. Déplacement
IV.14.2. Accélération
IV.14.3. Vélocité
IV.14.4. Effort normal
IV.14.5. Effort tranchant
IV.14.6. Moment fléchissant
IV.15. Conclusion
Conclusion générale