Durabilité des structures renforcées dans le génie civil - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Durability of the reinforced structures in civil engineering

Durabilité des structures renforcées dans le génie civil

Résumé

Structural reinforcement by external bonding of composites based on synthetic fibres is common to extend the lifetime of concrete structures. Recently, in order to reconcile performance and environmental issues, composites based on plant fibres and bio-sourced resins are emerging, but the durability of these reinforcement systems arises when exposed to climatic conditions. This thesis, forms part of the ANR MICRO project, presents an experimental study on the durability of two composites: one traditional, based on carbon fibres and an epoxy resin (CFRP), the other, more innovative, based on flax fibres and a partially bio-sourced epoxy resin (FFRP). The objective is to evaluate the evolution of the properties of these composites and their capacity to reinforce a concrete structure over time, according to environmental conditions. These reinforcement systems were stored under six hygrothermal accelerated ageing for 24 months and natural ageing in the Lyon region during 3 years. Physico-chemical and mechanical characterizations were conducted on composites during aging. Acoustic emission monitoring was carried out during the tensile tests to better understand the damage caused by ageing. This study showed that the dissolution of the biological components of the flax fibre during immersion in water at a high temperature resulted in a lower durability of the partially bio-sourced composite than the traditional composite. On the other hand, in natural ageing from 1 to 3 years, the partially bio-sourced composite showed a more important durability than the traditional composite. Finally, the behaviour over time of the composite/concrete bonding was studied by bias of pull-off and double shear tests. Particular attention was given to the analysis of the influence of concrete surface treatment on the behaviour of the composite/concrete bonding. The obtained results indicated that a sandblasted concrete surface proves to be effective in delaying the hygrothermal aging in water immersion at 40oC and increases the pull-off strength. After ageing at high temperature, the biosourced composite retains a good adhesion with the concrete even if its performance is lower than the traditional composite. After ageing by immersion, the composite/concrete interfaces are severely degraded, regardless of the composite. The performance of the partially biosourced composite is close to that of the traditional composite after 3 years of natural aging. Despite some restrictions, the partially bio-sourced composite could reasonably replace the traditional composite for the external reinforcement of concrete structures.
Le renforcement structural par collage externe de composites à base de fibres synthétiques est courant pour prolonger la durée de vie des ouvrages en béton. Depuis peu, pour concilier performance et enjeu environnemental, les composites à base de fibres végétales et de résines biologiques font leur apparition mais se pose la question de la durabilité de ces systèmes de renforcement lorsqu’ils sont exposés aux conditions climatiques. Cette thèse, menée dans le cadre du projet ANR MICRO, présente une étude expérimentale sur la durabilité de deux composites : l’un traditionnel, à base de fibres de carbone et d’une résine époxyde (PRFC), l’autre, plus innovant, à base de fibres de lin et d’une résine époxyde partiellement biosourcée (PRFL). L’objectif est d’évaluer l’évolution des propriétés de ces composites et de leur capacité à renforcer une structure en béton au cours du temps en fonction des conditions environnementales. Ces systèmes de renforcement sont soumis à six vieillissements accélérés hygrothermiques pendant 24 mois et à un vieillissement naturel en région lyonnaise durant 3 ans. Des caractérisations physico-chimiques et mécaniques ont été menées sur les composites au cours du vieillissement. Un suivi par émission acoustique a été réalisé lors des essais de traction pour mieux appréhender les endommagements occasionnés par les vieillissements. Il ressort de cette étude que la dissolution des composants biologiques de la fibre de lin en immersion dans l’eau à une température élevée a provoqué une pérennité moindre du composite partiellement biosourcé à celle du composite traditionnel. Par contre en vieillissement naturel de 1 à 3 ans, le composite partiellement biosourcé a présenté une durabilité plus importante que le composite traditionnel. Enfin, le comportement au cours du temps de la liaison composite/béton collée a été étudié par le biais d’essais d’arrachement et de cisaillement. Une attention particulière a été donnée à l’analyse de l’influence du traitement de surface du béton sur le comportement de la liaison. Les résultats obtenus ont indiqué qu’une surface de béton sablée permet de retarder le vieillissement hygrothermique en immersion dans l’eau à 40oC et d’augmenter la résistance à l’arrachement. Après vieillissement à température élevée, le composite biosourcé conserve une bonne adhérence avec le béton même si ses performances sont plus faibles que celles du composite traditionnel. Après vieillissement par immersion, les interfaces composite/béton sont fortement dégradées, quel que soit le composite. Après 3 ans du vieillissement naturel, les performances du composite partiellement biosourcé sont proches de celles du composite traditionnel. Malgré quelques restrictions, le composite partiellement biosourcé pourrait raisonnablement remplacer le composite traditionnel pour le renforcement extérieur de structures en béton.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03618807 , version 1 (24-03-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03618807 , version 1

Citer

Chuyen Nguyen Viet. Durabilité des structures renforcées dans le génie civil. Génie civil. Université de Lyon, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LYSE1019⟩. ⟨tel-03618807⟩
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