Construction en béton : des pavés précontraints pour des constructions anciennes

Poutres en béton fléchies, fissures sur la face inférieure des ponts, risque de rouille pour l'armature : en Suisse, de nombreux ouvrages ont pris de l'âge. Prenons l'exemple des routes nationales : Selon le rapport d'état 2019 de l'Office fédéral des routes (OFROU), une grande partie des ponts ont été construits entre le milieu des années soixante et les années quatre-vingt du siècle dernier, alors que les charges de trafic étaient nettement plus faibles qu'aujourd'hui.

Pour rénover les structures porteuses qui gémissent sous leurs charges, on utilise depuis longtemps des matières plastiques renforcées de fibres de carbone (PRFC) : des lamelles plates, collées sur la face inférieure, contrent la charge. Dans la méthode "Ebrog" (pour l'anglais "externally bondded reinforcement on grooves") par exemple, qui n'est apparue que ces dernières années, des rainures étroites sont préalablement fraisées dans le sens de la longueur dans la poutre : plus de surface pour la transmission des forces, qui agissent en outre plus profondément dans le béton. Ce procédé a été utilisé pour la première fois en 2018 lors de la rénovation d'un pont à Küssnacht.

Les chercheurs de l'Empa développent maintenant cette méthode dans le cadre d'un projet Innosuisse avec le partenaire industriel S&P Clever Reinforcement Company à Seewen. L'équipe de Christoph Czaderski, du département de recherche "Ingénierie des structures", teste des lamelles CFK précontraintes qui renforcent "activement" les poutres en béton : elles sont collées sous tension avec de la résine époxy. Lorsque la liaison a durci, les extrémités sont détendues - et les bandes qui "veulent" se contracter s'opposent encore plus fortement à la flexion.

Un détail délicat

Ce qui semble simple au premier abord est délicat dans les détails - notamment aux extrémités des bandes, où s'exercent des forces de traction considérables pouvant atteindre 14 tonnes. Pour qu'elles ne se déchirent pas, elles doivent être fixées de manière fiable. Jusqu'à présent, cela se faisait avec des plaques d'aluminium collées et fixées avec des chevilles - mais l'équipe de l'Empa a conçu pour cette nouvelle méthode des étriers en forme de U en PRFC. Les avantages : une transmission des forces définie avec plus de précision et surtout une construction sans métal - immunisée contre la corrosion omniprésente et redoutée.

"Une solution composée d'un seul matériau est toujours meilleure que deux qui se comportent différemment", explique Czaderski, "c'est justement pour l'ancrage que nous avons fait de nombreux essais en laboratoire". L'équipe a profité pour cela des expériences faites à l'"Isfahan University of Technology" en Iran. "On y a fait beaucoup de recherche fondamentale", explique Czaderski. "Notre collaboratrice postdoctorale Niloufar Moshiri est venue nous voir avec l'idée de combiner le procédé Ebrog avec la précontrainte".

Le potentiel est grand, comme le montrent les essais en laboratoire : Le procédé avec précontrainte et étriers en CFK a augmenté la capacité de charge d'une dalle en béton de 77 pour cent par rapport à la méthode de renforcement "classique" sans rainures ni précontrainte. Même sans précontrainte, la différence était encore de 34 pour cent.

Idée d'une experte iranienne

Pour que la technologie soit commercialisable, des essais à grande échelle sur des dalles de béton d'une portée de six mètres doivent d'abord fournir des informations supplémentaires avant qu'un projet de rénovation réel ne suive en 2021. En attendant, le partenaire industriel travaille déjà sur des aspects pratiques. Pour les étriers en U, formés jusqu'ici à la main à partir de profilés en carbone, les spécialistes développent un procédé industriel. Et l'équipement avec lequel les lamelles sont jusqu'à présent précontraintes "doit être redessiné pour le nouveau procédé", explique Martin Hüppi, qui dirige le projet chez S&P et coopère depuis longtemps avec succès avec les spécialistes de l'Empa.

Des efforts qui pourraient être récompensés : Chaque construction qui est rénovée et non pas reconstruite permet non seulement d'économiser des coûts, mais aussi des émissions de CO2. De plus, le procédé serait plus facile et plus rapide à mettre en œuvre lors de l'installation. "Il serait également acceptable pour les maîtres d'ouvrage en termes de prix", explique Hüppi, qui voit de bonnes chances d'applications - non seulement pour les grands ouvrages vieillis comme les ponts, mais aussi pour les rénovations dans la construction de logements. "Je vois absolument un marché pour cela", dit Hüppi, "et c'est seulement avec la précontrainte que l'on exploite pleinement le potentiel du matériau".

Source : Empa