Nouveau système de renforcement pour les ponts en béton armé : Rénover des ponts avec de l'acier «intelligent

Aujourd'hui, les ponts sont déjà renforcés par une couche supplémentaire de béton armé de fibres à ultra haute résistance (UHPFRC). Ce béton haute performance est appliqué directement sur les tabliers, il est particulièrement dense et résistant à l'eau. L'acier d'armature traditionnel y est noyé afin d'augmenter la capacité portante.

Une équipe de l'Empa dirigée par la chercheuse Angela Sequeira Lemos et Christoph Czaderski du département «Structural Engineering» a maintenant franchi une étape supplémentaire : ils ont remplacé l'armature traditionnelle en acier par de l'acier à mémoire de forme à base de fer (Fe-SMA) - un matériau «intelligent» capable de se souvenir de sa forme initiale. Une fois installées, les barres sont chauffées à environ 200 degrés Celsius. Comme elles veulent se contracter, mais qu'elles sont retenues par le béton, une tension interne se crée. Ces forces internes peuvent refermer des fissures, soulever des éléments déformés et prolonger la durée de vie d'un pont - sans aucun dispositif de serrage coûteux. «La beauté de ce système de renforcement est sa simplicité», explique Sequeira Lemos. «Vous ancrez les barres, vous les chauffez - et elles font le reste toutes seules».»

Essais à grande échelle dans le hall de construction de l'Empa

Dans un premier temps, l'équipe de l'Empa a étudié l'interaction entre l'acier à mémoire de forme et le béton fibré à ultra-haute résistance, qui ont été combinés pour la première fois. Les chercheurs ont analysé la qualité de la liaison entre les deux matériaux, même après avoir chauffé l'acier à mémoire de forme, et les forces qui peuvent être transmises.

Des essais à grande échelle ont ensuite été réalisés dans la halle de construction de l'Empa avec cinq dalles de béton de cinq mètres de long chacune, qui reproduisaient des tabliers de ponts autoportants. Une dalle est restée non renforcée, tandis que les autres ont été recouvertes d'une couche de béton renforcé par des fibres à ultra-haute résistance - soit avec une armature traditionnelle, soit avec des barres de Fe-SMA. Pour simuler des conditions réelles, l'équipe a d'abord fait fissurer les dalles de manière ciblée avant de les renforcer - comme ce serait le cas lors de la rénovation d'un pont réel.

Après l'installation, les chercheurs ont chauffé les barres de Fe-SMA, ce qui les a amenées à tenter de se contracter dans leur forme initiale et de précontraindre la structure en béton armé. Déjà pendant l'activation, les fissures existantes se sont visiblement refermées et les déformations restantes ont complètement disparu.

Nettement plus rigide et plus durable

Grâce à des méthodes de mesure ultramodernes, les chercheurs ont suivi en continu les déformations à l'intérieur des panneaux. Des caméras numériques ont surveillé les fissures à la surface du béton, tandis que de minuscules capteurs à fibres optiques étaient encastrés le long des barres. «Nous utilisons des capteurs qui fonctionnent de la même manière que les câbles à fibres optiques dans les télécommunications», explique la chercheuse de l'Empa. «Mais au lieu d'envoyer des données codées à travers les fibres, nous analysons la lumière rétrodiffusée. Nous pouvons ainsi voir exactement comment les tiges se déforment».»

Les essais ont montré que tant le renforcement traditionnel que le nouveau système avec acier à mémoire de forme doublaient au moins la capacité portante d'une dalle non renforcée. Dans les conditions de la vie quotidienne - telles que celles provoquées par le trafic routier normal - la combinaison du béton renforcé par des fibres et de l'acier à mémoire de forme s'est toutefois révélée supérieure : elle rend le tablier du pont plus rigide, retarde les déformations permanentes et peut combler les fissures déjà existantes ou soulever légèrement les éléments qui s'affaissent. «Nous avons pu démontrer que notre système ne fonctionne pas seulement, mais qu'il peut réellement redonner vie à des ponts existants», conclut Sequeira Lemos.

Parfait pour les bridges endommagés

Les matériaux utilisés sont encore relativement chers. Le système convient donc surtout pour les ponts fortement déformés ou déjà endommagés, c'est-à-dire là où les méthodes de renforcement traditionnelles atteignent leurs limites. En principe, selon Sequeira Lemos, une utilisation dans la construction de bâtiments serait également envisageable, par exemple pour les balcons ou les toits plats, où des solutions compactes ou de bonnes propriétés d'étanchéité sont requises.

Le projet, soutenu par Innosuisse, est né d'une étroite collaboration avec la Haute école spécialisée de Suisse orientale OST, la spin-off de l'Empa re-fer et l'Association suisse de l'industrie du ciment cemsuisse. Après les tests réussis, l'équipe cherche maintenant un pont approprié pour la première utilisation pratique. «Si nous pouvons renforcer un véritable pont avec notre système, l'intérêt de l'industrie devrait croître rapidement», déclare Sequeira Lemos. «Et avec une demande croissante, les coûts des matériaux devraient également baisser - cette technologie pourrait alors changer durablement la rénovation des ponts».»

Source : empa.ch