Dans la construction et les grandes industries, les structures en béton armé jouent souvent un rôle clé, servant de cadres, de plafonds et de plates-formes fonctionnelles pour divers bâtiments. Ils transportent des charges de plusieurs tonnes agissant à la fois en mode statique et dynamique. Au fil du temps, le stress ne peut qu'affecter l'état de la structure. En conséquence, le renforcement des structures en béton armé est nécessaire d'une manière ou d'une autre. La méthodologie spécifique pour effectuer ces opérations dépend des conditions d'exploitation de l'installation, des paramètres techniques et physiques et des exigences de planification.
Qu'est-ce que les structures en béton armé ?
Tout d'abord, vous devez décider de ce qu'est en principe une structure en béton armé. Dans la construction d'immobilisations, celapartie de la structure qui supporte des charges opérationnelles accrues. La base de la structure est formée par une structure en béton et des barres d'armature sont utilisées comme armature de base. Dans le même temps, le renforcement et la restauration des structures en béton armé peuvent être effectués de manière complète et partielle. Si une zone défectueuse en surface a été identifiée par diagnostic, alors la réparation concernera prioritairement cette partie, même si les causes de destruction doivent d'abord être recherchées, ce qui peut justifier la faisabilité de reconstruire d'autres parties de l'ouvrage.
Qu'entend-on par amplification en tant que telle ? Il s'agit d'une opération technique dans la construction, grâce à laquelle la durée de vie opérationnelle des bâtiments et des structures individuelles en particulier est prolongée. Il existe différentes méthodes de réparation et de renforcement des structures en béton armé. Tous, à des degrés divers, impliquent la résolution des tâches suivantes:
- Augmentation de la résistance des nœuds et des composants porteurs de la structure en incluant de nouveaux éléments. Ces derniers peuvent être des poutres, des linteaux, des éléments en porte-à-faux, des raidisseurs, etc.
- Décharger ou redistribuer la masse qui agit sur la base en béton armé. Dans ce cas, la disposition des structures qui affectent mécaniquement la zone cible de fortification est affectée. Le déchargement réduit le besoin de structures en béton armé.
- Augmenter les caractéristiques de résistance de base d'un objet et de ses éléments en les remplaçant.
Quand il est nécessaire de renforcer le RC-dessins ?
Même au stade de l'érection du cadre de support, les solutions techniques et les matériaux de construction sont sélectionnés en fonction des charges futures dans l'attente d'un fonctionnement à long terme. Au fil du temps, en raison de divers facteurs, l'état technique de la structure se détériore et il est nécessaire de soutenir ses éléments critiques. Le ferraillage complet des structures en béton armé doit être effectué dans les cas suivants:
- Perte de résistance de conception due au vieillissement et à la fatigue des matériaux. Cela est particulièrement vrai pour la structure en béton, qui est soumise à des influences chimiques négatives et à des contraintes mécaniques naturelles.
- Rénovation d'un bâtiment, à la suite de laquelle la configuration des murs porteurs, des poutres, des colonnes, des fermes et des consoles est modifiée. Un renforcement ou un soulagement de la masse peut être nécessaire aux points d'ancrage structurels.
- Modification du nombre d'étages. Il y a aussi une redistribution du poids sur les colonnes, les plafonds et les murs, ce qui nécessite une révision et la capacité portante des éléments de la structure.
- Mouvements du sol qui ont déjà déformé ou modifié la configuration de l'impact sur la fondation, et par conséquent sur les nœuds porteurs de la charpente. Le rétablissement de l'équilibre des forces entre les structures est également nécessaire.
- Destruction ou endommagement partiel de pièces porteuses ou d'éléments individuels en raison d'accidents, de catastrophes naturelles, de tremblements de terre, de catastrophes d'origine humaine.
- Lorsque des erreurs sont détectées au stade de la conception ou déjà identifiées lors de l'exploitation du bâtiment.
Dans ce cas, le principal et le plusdes raisons courantes qui impliquent la nécessité de renforcer les structures en béton armé d'une manière ou d'une autre. La nature spécifique de l'usure ou des dommages doit être déterminée lors d'une étude approfondie, sur la base de laquelle un projet de renforcement de la structure est développé et la meilleure façon de le mettre en œuvre est sélectionnée.
Diagnostic et dépannage de la conception
L'inspection technique est effectuée conformément au calendrier ou non planifiée en cas de signes évidents de destruction du bâtiment. Cette partie des activités est réglementée par des normes d'essais non destructifs conformément à GOST 22690 et 17624. L'évaluation basée sur les résultats de l'enquête est effectuée conformément à l'ensemble de règles (SP) sur le renforcement des structures en béton armé sous le numéro 63.13330.
Les procédures de diagnostic commencent par une inspection visuelle, au cours de laquelle des dommages externes sont détectés - défauts, éclats, fissures, etc. Pour détecter les dommages cachés, des méthodes de contrôle non destructif sont utilisées. Ces tâches sont résolues au moyen d'un équipement spécial, par exemple en utilisant des détecteurs de défauts électromagnétiques ou à ultrasons. En particulier, les appareils à ultrasons fonctionnant par géoradar et méthodes d'écho-impulsion sont plus souvent utilisés pour le dépannage du béton armé. Lors de l'inspection, des vides, la présence de composants agressifs dans la structure, la destruction de tiges d'armature, des traces de corrosion, etc.
Sur la base des données obtenues, une autre stratégie est développée pour éliminer les dommages, réparer, restaurer ouredistribution des charges. Au même stade, les défectologues peuvent donner des recommandations sur le renforcement des structures en béton armé, en tenant compte des spécificités des dommages qui ne peuvent être réparés que par des outils de contrôle non destructifs. Un rôle important dans la détermination de la manière de renforcer la structure sera joué par les paramètres techniques et physiques spécifiques sur lesquels la structure est exploitée.
Spécifications de gain
Les paramètres des renforts peuvent varier en fonction de la configuration de l'application de la force supplémentaire et des exigences spécifiques pour supporter la structure. Les caractéristiques les plus courantes sont le module d'élasticité du support et la résistance à la traction. Ainsi, le renforcement optimal des structures en béton armé avec des matériaux composites fournit en moyenne une élasticité comprise entre 70 000 et 640 000 MPa et des indicateurs de résistance à la traction - de 1 500 à 5 000 MPa. Bien sûr, il n'est pas nécessaire dans tous les cas de rechercher des performances maximales. Le choix d'un potentiel de puissance spécifique des éléments de support et de renforcement dépend de l'état actuel de la structure en béton armé.
Quant aux paramètres dimensionnels, ils dépendront du schéma de renforcement, qui est compilé sur la base de la solution de planification. Par exemple, le renforcement fragmentaire d'une dalle en béton armé peut être réalisé par un support supplémentaire pour un module monolithique sans poutre de 300 mm d'épaisseur. Les colonnes de renforcement ont généralement une section moyenne de 400x400 mm et sont placées sous le sol par incréments de 5 à 7,5 m.déterminé par l'état de contrainte-déformation des sols et des murs porteurs.
Dans une forme complexe, par exemple, le renforcement des structures en béton armé avec de la fibre de carbone peut avoir les caractéristiques techniques suivantes:
- L'épaisseur de l'élément est de 0,3 mm.
- Largeur - 300 mm.
- Poids - 500 g/m2.
- Module d'élasticité – 230000 N/mm2.
- Densité – 1,7 g/cm3.
- Résistance à la traction - 4000 N/mm2.
- Résistance au cisaillement de la structure - 7 N/mm2.
- Résistance à la compression du matériau - 70 N/mm2.
- Déformation à la rupture de la structure – 1,6 %.
- Adhérence de la fibre composite à la structure en béton - 4 N/mm2.
- Module de Young - 400 N/mm2.
La spécificité de l'utilisation des matériaux composites modernes tient au fait que la composition adhésive joue un rôle important dans les opérations d'assemblage avec ceux-ci. Souvent, il agit comme un moyen indépendant d'étanchéité et de restauration pour renforcer la structure en béton. Par exemple, les composés époxy peuvent bien remplir les fonctions de scellement des coutures et des joints technologiques.
Règlements
Dans le processus de calcul, de conception et d'exécution des travaux d'installation, il convient d'être guidé par plusieurs GOST, parmi lesquels 31937, 22690 et 28570. Ces documents réglementent à des degrés divers l'entretien et la reconstruction des bâtiments et des structures. Il faut également tenir compte des normes du document SP 63.13330 qui donne des instructions précises surorganisation et mise en œuvre des mesures de réparation et de restauration, y compris le renforcement des structures en béton armé avec des matériaux composites. SP 164.1325800 aidera également à l'utilisation d'autres matériaux en plastique et en fibre de verre pour le renforcement. Les réglementations générales à respecter sont les suivantes:
- Le développement du projet de renforcement doit être effectué uniquement sur la base des données de l'enquête sur le terrain des structures.
- Au moment du calcul des matériaux et de la configuration des travaux d'installation, des informations sur la taille de l'objet cible, son état, les méthodes de renforcement, la résistance du béton, etc. doivent être préparées.
- Après l'examen, une décision fondamentale est prise sur l'admissibilité de la structure pour réparation avec une opération ultérieure.
- Des mesures de renforcement doivent être réalisées afin que les fibres composites ou les tiges métalliques fournissent un travail de charge conjoint avec la structure en béton.
- Il est interdit de renforcer des structures dans lesquelles il y a des poches de corrosion.
- Dans le processus de préparation d'un projet, il est également important de calculer la nécessité de fournir des propriétés de protection supplémentaires du matériau, par exemple, d'inclure des revêtements réfractaires ou résistants à l'humidité dans la structure.
Avantages du renforcement du béton
Parallèlement aux règles régissant la réparation et la restauration des structures des bâtiments, il serait utile de préparer dans un premier temps une base de matériaux méthodologiques qui aiderontrésoudre les tâches dans la pratique. À ce jour, il existe de nombreuses instructions visuelles qui décrivent étape par étape et visuellement les technologies permettant d'appliquer des méthodes spécifiques pour la reconstruction de certaines structures. Par exemple, LLC "Interaqua" et "NIIZHB" proposent un guide complet sur le renforcement des structures en béton armé avec des matériaux composites basé sur l'ensemble des règles SP 52-101-2003. Le matériel décrit le choix des solutions structurelles, les principes de calcul du renforcement des murs et des plafonds, ainsi que les méthodes technologiques d'utilisation des pièces en carbone.
Si nous parlons d'installations industrielles, des manuels hautement spécialisés peuvent être utilisés, qui se concentrent également sur les conditions de fonctionnement particulières des structures. En particulier, Far East PromstroyNIIproject LLC propose des instructions pour le renforcement des structures en béton armé de la série 1.400.1-18. Ce matériau met en évidence les nuances de renforcement des murs porteurs et des plafonds dans la structure des bâtiments industriels.
Développement d'un projet de renforcement structurel
La tâche principale de cette étape est de proposer une solution technique spécifique pour la mise en œuvre du renforcement de la structure de l'objet cible. Au cours du processus de développement, les spécialistes sont guidés par des données sur les caractéristiques des matériaux de construction, leurs paramètres géométriques, les conditions de fonctionnement et les dommages existants. À l'heure actuelle, les principes de conception suivants pour le renforcement des structures en béton armé ont été développés:
- Interconnexion des composants. Une erreur courante qui se produit pendant la construction est de considérer le chantierdans un format isolé. Autrement dit, un mur porteur, par exemple, sera calculé en fonction des charges directes sur celui-ci sans se concentrer sur les facteurs d'influence à proximité. En fait, un système de haute qualité et durable ne peut être conçu qu'en tenant compte de tous les facteurs de fonctionnement.
- Optimisation. Les tâches de renforcement des structures peuvent être résolues de différentes manières et, dans presque tous les cas, il existe une solution qui permettra à l'installation de maintenir une durée de vie élevée. Mais en même temps, il est souhaitable de s'efforcer de minimiser la quantité de travail, la masse des pièces de support auxiliaires et de rationaliser l'utilisation des consommables. Plus le degré d'intervention dans la structure de la structure est faible, plus sa fiabilité est élevée. Soit dit en passant, les technologies modernes de renforcement des structures en béton armé avec des matériaux composites, dont la taille et le poids sont inférieurs à ceux de leurs homologues métalliques, permettent simplement de minimiser le volume d'inclusion d'éléments étrangers.
- Rationalisation économique. Même s'il est possible d'utiliser des ressources financières importantes dans la mise en œuvre du projet de renforcement, il est important de considérer que les solutions techniques complexes et massives nécessitent toujours des coûts élevés déjà en cours de maintenance lors de l'exploitation de la structure.
- Conformité aux exigences établies. Chaque étape de conception doit tenir compte à la fois des règles normatives générales et des exigences spécifiques du dispositif technique et structurel par rapport au bâtiment visé.
Règles de calcul du ferraillage des structures en béton armé
Le calcul technique des structures est la base du travail de conception, au cours duquel les charges réelles sont corrélées avec les potentiels de puissance des matériaux utilisés pour le renforcement. Les données initiales pour le calcul complexe sont tirées du schéma de conception, de ses dimensions, des charges agissantes et de la nature des dommages. Des articles distincts dans l'évaluation des matériaux pour le renforcement des structures en béton armé sont des indicateurs calculés pour la résistance à la compression, la hauteur de la zone de compression, la stabilité le long des sections inclinées, etc.
La valeur fondamentale de la conception, qui détermine la capacité à faire face aux charges réelles, sera le moment de flexion maximale. Pour son calcul, les facteurs de fiabilité du matériau et de la charge sont utilisés. La nature de la répartition des dommages sur la section transversale de la structure est également déterminée, en tenant compte du degré de son élasticité. Si le moment de flexion maximal initial dépasse le processus de fissuration le long de la section, le calcul doit être effectué de la même manière que pour une section avec des fissures, sans tenir compte du potentiel de développement de déformation.
Les valeurs constantes des matériaux cibles sont également utilisées dans les calculs pour renforcer les structures. Les directives modernes pour le renforcement des structures en béton armé, en particulier, reposent sur les indicateurs suivants:
- Force - plage de 1000 à 1500 MPa, mais pas moins.
- Module d'élasticité - de 50 à 150 GPa.
- Température de transition vitreuse (utilisée pour les composites) - pas moins de 40 °С.
Les paramètres dimensionnels et la configuration de montage sont déterminés individuellement en fonction d'undessins.
Classification des méthodes de renforcement
Les technologies modernes permettent d'utiliser une longue liste de moyens de renforcement technique de diverses structures, en s'adaptant aux conditions de fonctionnement spécifiques. Au niveau de base, il convient de diviser tous les moyens de renforcer les structures en béton armé en fonction de leur état physique. On distingue notamment les éléments liquides, tissés et solides. Dans le premier cas, le renforcement sera effectué selon la méthode de réparation des dommages externes. Cela peut être l'élimination des fissures au moyen d'un mortier de sable-ciment et le scellement des joints avec des composés de construction adhésifs. Les matériaux en tissu sont utilisés moins fréquemment et principalement comme agent de renforcement, qui est appliqué sur la zone coulée avec les mêmes solutions de renforcement.
Quant aux solides, ce sont des parties structurelles qui sont en quelque sorte intégrées ou superposées à une structure endommagée. Dans ce cas, les méthodes de renforcement des structures en béton armé peuvent être divisées à la fois par le type de matériau utilisé (métal, composites, pierre) et par la configuration d'installation. La méthode la plus populaire de renforcement avec des produits solides est le renforcement par courroie, dans lequel des coussinets profilés serrent la zone endommagée. Mais ce n'est pas la seule façon d'utiliser ces produits.
Méthodes de base de renforcement des structures en béton armé
En fonction des résultats de l'enquête initiale et de la décision de conceptionles méthodes suivantes de renforcement des structures en béton armé peuvent être utilisées:
- Pose d'enduit de réparation afin de restaurer la structure de la surface en béton. S'il existe des zones ouvertes pour le passage des armatures, elles sont également scellées avec des mélanges d'apprêt ou du plâtre.
- Introduire du mortier de béton dans les cavités, les fissures, les vides et autres défauts structurels internes détectés par des essais non destructifs.
- Béton projeté avec mélange de béton. Le mortier de béton est appliqué sur la surface avec des pistolets spéciaux à grande vitesse. Cette mécanique de traitement des zones endommagées permet la formation de couches de renfort denses à haute résistance.
- Renforcer les fondations sur lesquelles repose la structure. Cela se fait à l'aide de clips en béton armé, de ceintures métalliques, de tirants d'ancrage et d'autres éléments solides.
- Renforcement des colonnes, des poutres et des murs en béton armé grâce à l'installation de clips, de cadres et de chemises de renforcement complexes. Dans un tel dispositif, des éléments de renfort, de coffrage et de béton projeté peuvent être utilisés. Étant donné que cette méthode implique la création de structures supplémentaires assez importantes, les recommandations pour le renforcement des structures en béton armé recommandent de calculer soigneusement la charge maximale sur le plafond. Sinon, après un certain temps, il sera possible de détecter des fissures déjà dans la structure des éléments porteurs de niveau inférieur.
- Augmentation ponctuelle de la durabilité des traverses, des poutres, des poteaux et des éléments porteurs avec des composites. À ces fins, des pièces de petit format mais durables en fibre de carbone, Kevlar, carbone etetc.
Comme le montre la pratique, la solution la plus efficace pour soutenir le potentiel de puissance des structures en béton armé est précisément le changement structurel de leur fondation. L'ajout de murs et de plafonds avec des éléments de support tiers tels que des entretoises, au contraire, est considéré comme inefficace et technologiquement inopportun. Mais encore une fois, des décisions spécifiques doivent être prises sur la base d'une enquête et d'un calcul complets.
Renforcement avec de l'acier et des composites - quel est le meilleur ?
La division fondamentale à bien des égards pour renforcer les structures des bâtiments est basée sur le type de matériau utilisé. Les tiges à semi-conducteurs et les éléments structurels sont les ferrures de renforcement les plus courantes, mais elles peuvent être fabriquées à base d'alliages d'acier traditionnels et à l'aide de plastiques modernes. Quel est le meilleur ?
Les avantages du métal incluent sa polyvalence, sa haute résistance et son coût abordable. Soit dit en passant, le renforcement des structures en béton armé avec de la fibre de carbone, avec toutes les qualités techniques et physiques positives, peut coûter 20 à 30% de plus que l'utilisation d'acier inoxydable, même de haute qualité. Qu'est-ce qui justifie de tels frais ? Pourtant, les composites présentent des résistances à la traction inégalées qui surpassent même l'acier. De plus, contrairement au béton, la fibre de carbone se caractérise par une ressource de résistance à la fatigue plus élevée, ce qui élimine les mesures de restauration intermédiaires lors de l'exploitation à long terme du bâtiment. Y a-t-il des inconvénients aux composites en plus du prix élevé ? Il y a des nuances de propriétés écologiques, puisque dansle plastique est toujours la base du matériau, mais l'importance de l'influence des additifs synthétiques est minime en termes de danger pour l'homme.
Conclusion
Les mesures de réparation, de restauration et de renforcement des structures en béton armé nécessitent généralement des coûts organisationnels et financiers importants. Cela est dû à la complexité de leur conception et aux problèmes technologiques liés à la réalisation des opérations d'installation. Même les procédures cosmétiques mineures doivent être effectuées en plusieurs étapes - du dépannage avec la préparation d'un objet pour le travail à l'élimination directe des dommages ou à l'augmentation des qualités de résistance des matériaux. Par conséquent, dans les recommandations pour la conception du renforcement des structures en béton armé, les experts notent la nécessité d'envisager les options les plus flexibles sur le plan technique pour résoudre le problème. Par exemple, le remplacement le plus simple d'une armature en acier d'un diamètre de 12 mm par une tige en fibre de carbone de 8 mm d'épaisseur avec le même effet de renforcement minimisera jusqu'à 50 % les coûts d'énergie. Mais bien sûr, une telle optimisation n'est pas toujours possible. Dans tous les cas, les principes de maintien de la résistance, de l'élasticité et de la rigidité requises des structures doivent être mis en avant. Le respect des plans normatifs et des schémas d'installation de haute qualité permettra d'effectuer rationnellement le renforcement, en reportant autant que possible le temps nécessaire pour achever la reconstruction du bâtiment avec le remplacement de la structure en béton armé.
