Renforcement des joints dalle–poteau en BA corrodés à l’aide de FRP hybrides à couches fines sous cisaillement par poinçonnement

Pourquoi les planchers en béton vieillissants peuvent céder soudainement

De nombreux parkings, entrepôts et immeubles de grande hauteur reposent sur des dalles en béton plates soutenues directement par des poteaux. Ce type de conception économise de l’espace et des matériaux, mais masque une faiblesse dangereuse : une rupture fragile appelée cisaillement par poinçonnement, où la dalle peut soudainement se rompre autour d’un poteau sans signes d’avertissement. Lorsque l’acier à l’intérieur du béton rouille, ce risque augmente. L’étude résumée ici explore une nouvelle méthode pour renforcer ces joints vulnérables en utilisant des bandes composites très fines et légères fabriquées à partir de fibres de verre et de carbone.

Un point faible caché dans les bâtiments courants

Les systèmes dalle–poteau plats sont prisés car ils évitent les poutres et permettent des espaces ouverts et flexibles. Le compromis est que la zone où chaque poteau rencontre la dalle supporte des efforts concentrés intenses. Si le béton et l’acier d’armature ne peuvent pas résister à ces efforts, la dalle peut se rompre brusquement autour du poteau en formant un fragment conique. Des séismes passés et des effondrements inattendus dans des parkings ont montré à quel point cette rupture par « poinçonnement » peut être catastrophique. Les mesures de sécurité traditionnelles — acier supplémentaire, panneaux d’épaississement ou zones de dalle renforcées — ajoutent du poids, du coût et de la complexité de construction, et sont souvent absentes dans les bâtiments anciens. Pour aggraver les choses, les sels de déneigement et les environnements agressifs corrodent lentement l’acier interne, réduisant la résistance et rendant la rupture par poinçonnement plus probable.

Ce que la corrosion fait aux joints en béton

Lorsque l’armature en acier se corrode, elle se dilate et fissure le béton environnant. Ce processus affaiblit plusieurs mécanismes qui aident normalement à résister au cisaillement par poinçonnement : l’accrochage rugueux entre surfaces de béton fissurées, l’action de « goujon » des barres traversant les fissures, et l’adhérence entre l’acier et le béton. Même une rouille modérée peut faire basculer une dalle d’une rupture plus ductile par flexion à une rupture brutale par poinçonnement. Les recherches antérieures ont essentiellement examiné la corrosion ou le renforcement de manière isolée, et se sont souvent centrées sur des poutres ou des poteaux plutôt que sur le joint critique dalle–poteau. Le travail présent cible ce joint spécifique, en examinant comment différentes dispositions de renforcement se comportent lorsque l’acier est déjà endommagé.

Essais de bandes hybrides fines sur des joints endommagés

Les chercheurs ont construit onze joints intérieurs dalle–poteau à l’échelle, chacun représentant un poteau intérieur typique dans un plancher à dalle plate. Certains spécimens ont été laissés intacts, tandis que d’autres ont été délibérément corrodés jusqu’à environ 15 % de perte de masse dans l’armature à l’aide d’une méthode électrochimique accélérée en solution saline. Ils ont ensuite collé des bandes composites fines — en fibre de verre (GFRP), fibre de carbone (CFRP) ou hybrides des deux — sous la dalle autour du poteau. Les bandes ont été disposées selon divers schémas, avec une attention particulière portée à une disposition oblique conçue pour croiser les fissures radiales qui se forment lors du poinçonnement. Les dalles ont été chargées vers le bas via le poteau jusqu’à la rupture, tandis que l’équipe mesurait la charge supportée, les flèches et la propagation des fissures.

Performance de la nouvelle stratégie de renforcement

La corrosion seule a réduit la capacité au poinçonnement d’environ un tiers et a presque doublé la flèche à la rupture comparée à un joint non endommagé. L’ajout de bandes composites a inversé une grande partie de cette perte. Les systèmes en fibre de verre ont augmenté la résistance au poinçonnement d’environ 30–51 % par rapport au témoin corrodé, les systèmes en fibre de carbone de 40–60 %, et les bandes hybrides verre–carbone d’environ 57–77 %. Les joints renforcés présentaient un comportement plus raide avant fissuration, une formation des fissures retardée et une réponse charge–déflexion plus stable. Cependant, le bénéfice n’augmentait pas indéfiniment : au‑delà d’environ deux couches ou d’une épaisseur totale du composite située autour de 0,6–1,2 mm, l’ajout de matériau n’apportait que de faibles gains de résistance parce que les bandes commençaient à se décoller du béton (débondonnement) avant d’être pleinement sollicitées. À l’aide de simulations numériques avancées, calibrées sur les expériences, les auteurs ont exploré de nombreuses variations d’épaisseur de bande, de nombre de couches, de positionnement et de degré de corrosion. Ils ont conclu que des bandes hybrides obliques décalées de 50 mm par rapport à la face du poteau offraient le meilleur compromis entre renforcement et contrôle des fissures pour la géométrie testée.

Limites du renforcement pour des structures très corrodées

L’étude montre également qu’il existe une limite pratique à l’efficacité du renforcement lorsque la corrosion devient sévère. Dans des joints simulés avec des niveaux de corrosion allant de 5 % à 30 %, l’avantage relatif du renforcement hybride optimal est passé d’environ 51 % de capacité supplémentaire en cas de corrosion légère à environ 25 % au niveau le plus élevé examiné. À mesure que davantage d’acier se corrode et que le béton environnant se dégrade, la réponse devient de plus en plus dominée par le poinçonnement fragile et le débondement des bandes. À ce stade, l’ajout de composite a peu d’effet sans améliorer également l’adhérence ou traiter la détérioration sous‑jacente.

Ce que cela signifie pour les bâtiments réels

Pour les ingénieurs responsables de parkings vieillissants ou de bâtiments à dalles plates, les résultats suggèrent que des bandes hybrides très fines en verre–carbone, disposées de façon stratégique, pourraient constituer une solution de renforcement pratique pour restaurer partiellement la sécurité des joints dalle–poteau modérément corrodés. Le système est léger, appliqué en externe et n’exige pas d’épaissir la dalle ni d’ajouter des éléments métalliques lourds. Toutefois, son efficacité dépend fortement d’une bonne adhérence, d’un détail soigné de la disposition des bandes et de niveaux de corrosion qui ne soient pas encore extrêmes. En bref, cette technique peut apporter une capacité et une raideur supplémentaires précieuses pour des joints à risque, mais ce n’est pas une panacée : la corrosion sévère nécessite toujours des réparations ou un remplacement plus étendus, et chaque bâtiment doit être évalué en fonction des conditions couvertes par cette recherche.

Citation: Gomaa, A.M., Ahmed, M.A., Khafaga, S.A. et al. Strengthening of corroded RC slab–column joints using thin-ply hybrid FRP under punching shear. Sci Rep 16, 6526 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36610-2

Mots-clés: cisaillement par poinçonnement, dalles en béton armé, corrosion, renforcement par FRP, joints dalle–poteau