Puisque l'on connaît l'histoire du béton armé, dont les origines vers la fin du 19ème siècle ne sont pas facilement attribuables, on peut dire que le mariage entre le béton et l'acier était inoxydable.

La naissance de cette union remonte à une série de personnages qui ont expérimenté à plusieurs reprises la combinaison de mortier de ciment et de fer.

On peut citer William Wilkinson, anglais, qui en 1854 dépose un brevet pour la construction de toits et murs coupe-feu en béton armé, tandis qu'en 1855, lors de la exposition universelle à Paris l'avocat français J.L. Lambot présente une maquette de bateau en métal recouverte d'une couche de béton.

Pour citer l'italien C. Gabellini qui en 1890 se inició la construcción de cascos navales en hormigón armado pero, si l'on regarde le monde de la construction auquel il est associé normalement au béton armé, il semble que la première dalle d'un bâtiment ait été conçue et réalisée en 1879 par l'ingénieur français François Hennebique.

Bien d'autres ont suivi, amenant l'association du ciment (béton) et de l'armature métallique au centre des travaux et des applications, jusqu'à une très large diffusion dans tous les les gros oeuvres d'aujourd'hui.

Avec l'avancement de la recherche et des connaissances sur les matériaux de structure alternatifs, il a été découvert que l'utilisation de certains polymères composites pouvait améliorer les performances et la durabilité des structures porteuses en béton armé, précisément à la lumière des événements récents au cours desquels des structures ont été vues s'effondrer en raison de l'usure des matériaux qui les composent.

Eng. Casadei Paolo, qui illustre les découvertes récentes sur l'utilisation du renforcement en matériaux composites renforcés (GFRP) pour remplacer les barres d'armature en acier courantes.

Ils sont dramatiquement sous les yeux de tous les problèmes des infrastructures italiennes, le résultat d'une conception et d'une construction qui remonte à la première période d'après-guerre et une méconnaissance des phénomènes de dégradation et de durabilité. Aujourd'hui, grâce à l'innovation technologique et à la recherche, des scénarios alternatifs peuvent enfin s'ouvrir.

Sireg Geotech travaille depuis un certain temps et avec prévoyance, sur une innovation importante qui aura un impact stratégique sur le secteur de la construction et des infrastructures, garantissant la durabilité nécessaire pour les infrastructures et enfin permettre au béton de s'appliquer avec succès même dans des environnements particulièrement agressifs soumis à une dégradation constante.

L'état de l'art des infrastructures italiennes

L'effondrement de diverses infrastructures, y compris celui du pont de Lunigiana jusqu'à l'effondrement frappant et catastrophique du pont Morandi à Gênes, a montré qu'il n'est pas plus longtemps possible négliger une analyse minutieuse de nos infrastructures datées tant du point de vue de la dégradation des matériaux avec lesquels elles ont été réalisées, que du simple point de vue des charges initiales pour lesquelles elles ont été conçues, pour aboutir à la question des mauvaises conditions d'entretien.

Le plan d'inspection massif actuellement en cours est certainement une première étape qui nous permettra d'évaluer soigneusement la sécurité de nos actifs d'infrastructure, puis d'intervenir sur les structures existantes de manière précise et ciblée, mais laisse encore ouverte un point d'interrogation sur notre avenir :

Allons-nous continuer à construire comme nous l'avons toujours fait ou, dans une optique de durabilité, de durabilité et de réduction des coûts associés à l'entretien, évaluerons-nous de nouveaux matériaux plus durables et ayant moins d'impact sur l'environnement ?

Répondre à cette question devient aujourd'hui crucial pour un investissement efficace dans nos infrastructures, qu'il s'agisse de travaux majeurs ou de travaux d'importance mineure, mais toujours stratégiques pour le développement économique de la notre pays.

Scénarios futurs pour la rénovation durable des infrastructures avec des barres GFRP

L'utilisation de barres composites renforcées de fibres FRP (Fiber Reinforced Polymer) pour remplacer la tige d'acier pour la construction d'éléments structuraux en béton armé.

Ce type de barres est fabriqué avec des fibres de différentes natures, parmi lesquelles le verre et le carbone sont certainement les matériaux les plus utilisés, le verre se déroulant sans que le rôle dominant ne soit l'ombre d'un doute grâce à une série de caractéristiques chimico-mécaniques qui, par rapport aux coûts, en font la solution la plus adoptée pour ce type d'applications à ce jour.

La diffusion des barres en GFRP est avant tout favorisée par la propriété fondamentale de ces matériaux, à savoir leur plus grande durabilité incontestée du fait qu'ils ne sont sensibles à aucune voie aux phénomènes de corrosion.

Cela les rend particulièrement adaptés dans toutes les applications où l'ouvrage ou l'élément de structure est particulièrement soumis à des phénomènes de corrosion.

Il suffit de penser par exemple aux tabliers des ponts qui pendant l'hiver sont particulièrement exposés aux chlorures adoptés pour éviter la formation de givre sur la chaussée, jusqu'aux canaux pour l'évacuation des eaux ou aux quais et jetées en bord de mer ou, encore, à tout produit en béton armé en milieu industriel exposé à des ambiances particulièrement agressives.

Des études récentes ont montré que la durée de vie utile d'une structure renforcée avec cette nouvelle technologie peut atteindre jusqu'à 100 ans sans précautions particulières quant à la nature du béton ou d'autres détails de construction, nécessaires par contre dans le cas de structures en béton armé traditionnellement renforcées avec des tiges d'acier.

Cependant, il existe plusieurs autres propriétés de ces matériaux qui doivent certainement être mentionnées dans la comparaison avec l'acier afin de faire des choix de conception appropriés.

Les tiges de GFRP ne sont pas magnétiques et ne sont pas conductrices de chaleur, elles trouvent donc une application agréable dans tous les artefacts exposés aux courants vagabonds, résolvant le problème de la corrosion typique renforts en acier qui sont de fait incompatibles avec ce type d'application.

Pensez, par exemple, à toutes les infrastructures liées au secteur ferroviaire ou aux barrières d'autoroute dotées de systèmes de reconnaissance électronique.

Un autre avantage non négligeable dans l'utilisation des renforts GFRP est la facilité et la rapidité de pose grâce à leur poids réduit, environ le quart de celui de l'acier.

Cette légèreté incontestée rend le produit particulièrement facile à déplacer au sol, à tel point que plusieurs études ont montré des gains de temps allant jusqu'à 40-50% par rapport à pose d'une armure d'acier équivalente.

Quels paramètres surveiller dans la conception et la construction de ces matériaux

A côté de tous ces aspects qui ont rendu la technologie particulièrement attrayante selon les différents usages, il faut certainement souligner une série d'autres aspects qui nécessitent l'attention de ceux qui veulent commencer à concevoir.

Tout d'abord, il convient de noter que les barres en PRV à usage structurel sont réalisées selon la technique de pultrusion à base de fibre de verre E-CR - connue pour ses propriétés mécaniques caractéristiques et durabilité améliorées par rapport au verre E traditionnel - et une matrice de résine de nature vinylester ou thermodurcissable.

Cela signifie qu'une fois durci, il ne peut plus être modélisé, c'est-à-dire que le processus par lequel les barres sont usinées pour fabriquer des supports et / ou des pièces pliées doit être effectué dans la phase de production de la barre elle-même et non dans les temps ultérieurs, comme c'est généralement le cas avec l'acier de construction.

Encore une fois, les rayons de courbure des barres ne sont pas les mêmes communément connus pour les tiges d'acier, mais ils ont des dimensions légèrement plus grandes pour essayer de minimiser l'impact négatif de la flexion sur les caractéristiques mécaniques de la partie coudée par rapport à la partie droite de la barre elle-même, ainsi que pour des raisons de production industrielle qui voient dans ce procédé l'un des principaux freins.

Le tableau ci-dessous présente les caractéristiques mécaniques des barres Glasspree® de Sireg Geotech en fibre de verre et résine vinylester.

En observant le tableau, vous pouvez voir comment les caractéristiques mécaniques des barres varient en fonction du diamètre, les diamètres plus petits ayant des caractéristiques mécaniques plus élevées que les plus grands et, en général, avec des performances de traction mécanique bien supérieures à celles d'une tige d'acier traditionnelle avec une adhérence améliorée.

Si d'une part la résistance à la traction peut induire des performances mécaniques supérieures, d'autre part le module d'élasticité est d'environ un quart par rapport à celui de l'acier, égal à 46Gpa dans ce cas précis.

Cela signifie donc que si, d'une part, dans un contrôle aux états limites ultimes on pouvait s'attendre à pouvoir faire une section équivalente avec des diamètres plus petits ou plus petits de matière, par contre dans les vérifications aux états limites d'exercice il faudra souvent adopter plus de matière du fait du module d'élasticité plus faible.

En ce qui concerne les contrôles de cisaillement, pour les raisons exposées ci-dessus, la partie coudée d'une barre ne résiste pas comme la partie droite, au point que la table montre qu'on peut voir comment une barre pliée à 90° perd environ 60% de la résistance déclarée de la partie droite.

Ce dernier aspect est absolument fondamental et à garder à l'esprit lorsqu'il s'agit de dimensionner des armatures de cisaillement ou nécessitant la présence de barres pliées.

Il est donc indispensable, lorsqu'on aborde une conception avec ces matériaux, de se référer à des fiches techniques dans lesquelles ces paramètres sont clairement mis en évidence, ainsi que la norme par rapport à laquelle ces valeurs ont été obtenues.

En Europe, la norme de référence est la norme ISO 10406-1 et d'autres normes internationales communément reconnues.

Aux États-Unis et au Canada, l'emploi et la réglementation ont une longueur d'avance

Aux États-Unis et au Canada, l'utilisation de ces matériaux connaît aujourd'hui une augmentation sans cesse croissante, certainement grâce à la grande impulsion favorisée par un développement de la cadre réglementaire et qualification des normes qui ont permis une mise en œuvre rapide.

Jusqu'à il y a vingt ans, les laboratoires universitaires n'étudiaient l'utilisation de ces matériaux que pour des applications pilotes, alors qu'aujourd'hui nous sommes spectateurs d'une utilisation progressive, mais toujours plus généralisée , principalement dans le domaine des infrastructures avec des travaux permanents tels que des ponts, des canaux et autres dans divers secteurs.

Le succès de cette technologie sur les marchés américain et canadien a certainement été favorisé par l'élaboration rapide mais toujours prudente et progressive de documents tels que l'ACI 440.1R- 15 "Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Bars" de l'American Concrete Institute et "AASHTO LRFD Bridge Design Guide Specifications for GFRP-Reinforced Concrete" de l'American Association of State Highway and Les responsables des transports représentent aujourd'hui les normes les plus récentes pour la conception d'éléments en béton armé renforcés de barres de fibre de verre.

Situation réglementaire en Italie et en Europe

Sur le vieux continent et en particulier en Italie, le cadre réglementaire présente une situation qui nécessite une modernisation rapide et un alignement sur les normes de conception en vigueur ou les normes techniques de construction (NTC ) 2018. Le document de référence est le CNR-DT 203-2006 publié il y a plus de 15 ans et donc issu de l'arrêté ministériel du 9 janvier 1996 et d'études aujourd'hui extrêmement conservatrices et datées.

Cependant, l'un des aspects qui a freiné et freine encore le développement de cette technologie très prometteuse est certainement l'absence d'un cadre réglementaire pour répondre aux exigences de chapitre 11 du NTC 2018, pour lequel tous les matériaux de construction à usage structurel doivent être marqués CE ou avec une certification nationale qui leur permet de définir leurs caractéristiques essentielles et peut garantir leurs performances constantes dans le temps.

Traduction automatique. Nous nous excusons pour toute inexactitude. Article original en italien.