Boutage d'armatures en acier nervurées et filetées post-installées dans le béton en tenant compte de la longueur d'adhérence et du type d'adhésif

Réparer du béton fatigué sans le démolir

Partout dans le monde, de nombreux ponts, bâtiments et parkings vieillissent plus rapidement que nous ne pouvons les remplacer. Démolir et reconstruire entièrement ces ouvrages est coûteux et perturbant, aussi les ingénieurs cherchent-ils des moyens de renforcer ce qui existe déjà. Cette étude explore une méthode de réparation : forer des trous dans du béton durci, coller de nouvelles barres d'acier avec une époxy puissante, puis utiliser ces barres « post-installées » pour redonner une seconde vie au béton ancien.

Comment l'acier et la colle coopèrent dans le béton

Le béton armé fonctionne parce que les barres d'acier dissimulées dans le béton s'accrochent au matériau environnant et partagent les efforts. Traditionnellement, ces barres sont positionnées dans le coffrage et le béton est coulé autour. Dans les réparations, le béton est déjà durci, aussi il faut forer des trous, injecter un adhésif chimique puis insérer de nouvelles barres d'acier en tant qu'ancres. La sûreté de la structure renforcée dépend de la fermeté avec laquelle ces barres ajoutées sont « liées » au béton et à l'adhésif, et de leur glissement sous traction. Les chercheurs ont mesuré cette adhérence de façon contrôlée et étudié comment différentes formes de barres, diamètres de trou et colles influencent les performances.

Essais d'arrachement en laboratoire

Pour reproduire des situations de réparation réelles, l'équipe a coulé vingt et un cubes de béton, chacun d'une taille proche d'une petite dalle. Dans trois d'entre eux, des barres nervurées ont été incorporées de façon traditionnelle lors du coulage pour servir d'échantillons de référence. Dans les dix-huit autres, les barres ont été ajoutées ultérieurement : des trous verticaux ont été forés, nettoyés, remplis avec l'un des deux produits époxy commerciaux, puis des barres nervurées ou entièrement filetées ont été insérées à des profondeurs spécifiques. Les chercheurs ont fait varier trois facteurs clés : la longueur de barre en contact avec l'adhésif, le diamètre du trou foré par rapport à la barre, et si la surface de la barre était nervurée (avec des crêtes discontinues) ou filetée (avec une spirale continue). Chaque spécimen a ensuite été pris en charge par un vérin hydraulique et la barre a été lentement tirée tandis que des appareils enregistraient la force et le glissement.

Ce qui rend une ancre solide et sûre

Les essais ont montré que, dans presque tous les cas, la rupture est survenue par atteinte de l'élasticité limite de l'acier dans un scénario classique d'arrachement, plutôt que par fissuration du béton. Cela signifie que le joint d'adhésif et le béton environnant étaient généralement plus résistants que la barre elle-même, un résultat souhaitable pour la conception. Les barres installées avec de l'époxy dans des trous modérément plus grands que la barre (environ 60 à 80 % de diamètre en plus) ont atteint des capacités d'arrachement similaires ou légèrement supérieures à celles des barres incorporées en place. Des trous très ajustés, seulement environ 20 % plus larges, réduisaient la résistance. Des longueurs d'adhérence plus longues permettaient à la barre d'encaisser une charge totale plus élevée mais répartissaient cette charge, ce qui réduisait la contrainte d'adhérence moyenne le long de la barre. En comparant les formes de barres, les barres nervurées conventionnelles développaient systématiquement une meilleure adhérence que les barres filetées, principalement parce que leurs crêtes plus rugueuses fournissaient une meilleure prise mécanique sur l'adhésif et le béton.

Comment rigidité et flexibilité coopèrent

Au-delà de la résistance maximale, l'étude a également examiné la rigidité ou la souplesse de la liaison au début du déplacement de la barre. Les ancrages collés à l'époxy étaient généralement plus rigides que les barres coulées en place au début du chargement, ce qui signifie qu'ils résistaient davantage au glissement initial. Pourtant, pour de nombreuses configurations, en particulier avec des longueurs d'adhérence plus grandes, les barres post-installées présentaient une plus grande « ductilité » : elles pouvaient glisser sensiblement après la mise en limite sans perte brutale de capacité. Les deux types d'époxy se comportaient de façon similaire en termes de résistance, bien que l'un tende à produire des liaisons légèrement plus rigides et moins flexibles et l'autre permette plus de glissement avant rupture. Les barres filetées, bien que plus faibles en adhérence maximale, présentaient souvent des glissements plus importants sous fortes charges, indiquant un processus de rupture plus progressif et tolérant.

Transformer les données d'essai en règles de conception pratiques

En utilisant l'ensemble des mesures, les auteurs ont développé une équation simple qui prédit la contrainte d'adhérence maximale pour les barres post-installées en fonction de la résistance du béton, du diamètre de la barre, de la longueur d'adhérence, du diamètre du trou et de la géométrie des nervures de la barre. Cette formule, vérifiée par rapport à tous les résultats d'essai, produit des estimations sûres et raisonnablement précises. Pour les ingénieurs, cela signifie que l'ajout de barres d'acier avec des adhésifs modernes peut être conçu en toute confiance, à condition de choisir judicieusement les diamètres de trous, les profondeurs d'enrobage et les types de barres. Pour le grand public, la conclusion est que des travaux de laboratoire minutieux comme celui-ci sous-tendent de nombreuses réparations « invisibles », permettant de renforcer les structures en béton vieillissantes et de les maintenir en service plus longtemps sans les coûts et les perturbations d'un remplacement complet.

Citation: Fayed, S., Alkharisi, M.K., Bayoumi, ES.A. et al. Bond of ribbed and threaded steel reinforcement bars post-installed in concrete considering bonded length and adhesive type. Sci Rep 16, 10762 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42964-4

Mots-clés: chevilles post-installées, barres d'armature époxy-liées, réparation du béton armé, résistance à l'adhérence, renforcement structurel