Renforcement en flexion de poutres en BA à l'aide d'un mortier renforcé par textile de basalte : investigation expérimentale et analytique

Des ponts et bâtiments plus solides grâce à une mince nouvelle enveloppe

De nombreux ponts, parkings et bâtiments vieillissants reposent sur des poutres en béton armé qui n’ont pas été conçues pour le trafic plus lourd ou la durée de vie accrue d’aujourd’hui. Remplacer intégralement ces poutres est coûteux et perturbant, si bien que les ingénieurs recherchent des méthodes astucieuses pour améliorer les structures existantes par l’extérieur. Cette étude examine une de ces méthodes : envelopper les poutres d’une fine « veste » à base de ciment contenant des fibres de basalte disposées comme un tissu, afin d’accroître la résistance et la sécurité sans démolitions majeures.

Recouvrir le béton fatigué d’une peau riche en fibres

Les chercheurs se sont intéressés aux poutres en béton armé, ces éléments essentiels qui supportent les planchers et tabliers de pont. Avec le temps, l’acier à l’intérieur de ces poutres peut corroder et le béton se dégrader, réduisant la marge de sécurité. Une technique de réparation prometteuse est le mortier renforcé par textile (TRM), dans lequel une maille fine de fibres est incorporée dans une mince couche de mortier qui est collée à l’extérieur de la poutre. À la différence des polymères renforcés par fibres classiques, qui utilisent des résines époxy pouvant perdre en résistance sous la chaleur ou sur surfaces humides, le TRM emploie un mortier à base de ciment qui tolère mieux l’humidité et les températures élevées.

Pourquoi les textiles en basalte constituent une option attrayante

Cette étude se concentre sur un type particulier de TRM réalisé avec des fibres de basalte, appelé mortier renforcé par textile de basalte (BTRM). Les fibres de basalte sont extraites de roche volcanique et offrent une grande résistance, une bonne résistance à la corrosion et un coût potentiellement inférieur à celui des fibres de carbone. L’équipe a voulu savoir comment différents choix de conception — le nombre de couches de textile, la taille des mailles, l’ajout de barres de basalte minces à l’intérieur de la veste et l’utilisation d’ancrages mécaniques — influencent l’augmentation de la résistance et la ténacité des poutres en béton armé enveloppées de BTRM.

Des essais sur des poutres en taille réelle

Pour répondre à ces questions, les chercheurs ont moulé six poutres en béton à l’échelle réelle, chacune longue de 2,3 mètres et armée comme dans des structures réelles. Une poutre a servi de référence non renforcée, tandis que les cinq autres ont été enveloppées de différentes vestes BTRM appliquées en U sous la poutre et sur les faces basses. Certaines poutres ont reçu trois couches de textile de basalte, d’autres cinq ou même huit ; certaines utilisaient une maille fine de 5 millimètres et d’autres une maille plus grossière de 34 millimètres ; une version comprenait des barres de basalte supplémentaires dans la veste ; et une autre employait des ancrages en acier collés dans le béton pour aider à maintenir la veste. Toutes les poutres ont été chargées dans une machine d’essai jusqu’à rupture pendant que des instruments enregistraient l’effort supporté et la flèche.

Des gains de résistance modestes, mais un maillon faible tenace

Les poutres renforcées ont supporté entre 11 et 18 % de charge en plus que la poutre témoin non enveloppée avant rupture, confirmant que le BTRM peut fournir un gain immédiat de capacité. Cependant, l’ajout de couches de textile n’a pas augmenté la résistance de façon continue ; les poutres avec trois et cinq couches ont atteint des charges ultimes presque identiques, montrant que les bénéfices plafonnent dès que l’interface entre la veste et le béton devient la faiblesse gouvernante. La taille des ouvertures de la maille (5 contre 34 millimètres) a peu influé la résistance globale, et les barres de basalte supplémentaires n’ont amélioré la performance que légèrement, principalement en rendant le comportement post-fissuration plus progressif et plus dissipatif d’énergie. Les ancrages mécaniques ont permis aux poutres de se déformer davantage avant rupture, mais n’ont pas beaucoup relevé la charge maximale car la rupture s’est produite quand la veste entière s’est décollée de la surface du béton. Dans presque toutes les poutres renforcées, les couches de mortier et de textile sont restées intactes et se sont séparées proprement du béton, révélant que le principal problème réside à l’interface béton–mortier.

Des outils de calcul plus précis pour des renforcements plus sûrs

Au-delà des essais en laboratoire, les auteurs ont vérifié dans quelle mesure les méthodes de calcul existantes prédisent la résistance de ces poutres renforcées. Les formules usuelles avaient tendance à sous-estimer la capacité réelle lorsqu’elles employaient des limites de déformation très conservatrices pour le textile, ou à surestimer le gain lorsqu’elles suppos(ai)ent un adhérence parfaite entre la veste et le béton. En comparant soigneusement les prédictions aux données expérimentales, les chercheurs ont proposé une équation affinée et facile à utiliser qui reflète mieux le comportement réel quand l’adhérence est imparfaite, et ont suggéré d’augmenter en toute sécurité la déformation admissible du textile utilisée en conception. Cette formule modifiée a bien reproduit leurs propres résultats d’essais ainsi que des données publiées par d’autres laboratoires.

Ce que cela signifie pour les structures du monde réel

Pour les non-spécialistes, le message principal est que l’enveloppement des poutres en béton existantes par une fine veste de textile de basalte et de mortier est une manière pratique d’obtenir environ 10 à 20 % de résistance supplémentaire et d’améliorer la tenue en rupture des poutres, ce qui peut procurer une marge de sécurité et une durée de service précieuse. Cependant, le plein potentiel des textiles de basalte est aujourd’hui limité non pas par les fibres elles-mêmes, mais par la qualité d’adhérence de la veste au béton ancien. Améliorer la préparation des surfaces, les matériaux d’adhérence et les détails d’ancrage sera crucial pour faire de cette technique un outil plus puissant et prévisible pour renforcer les infrastructures en béton vieillissantes dans le monde.

Citation: Shamseldein, A., ELgabbas, F., Kohail, M. et al. Flexural strengthening of RC beams using basalt textile reinforced mortar: experimental and analytical investigation. Sci Rep 16, 7382 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37322-3

Mots-clés: renforcement du béton armé, mortier renforcé par textile de basalte, mortier renforcé par textile, comportement en flexion des poutres, remise à niveau structurelle