Évaluation des performances de poutres en béton renforcées : amélioration en flexion et en cisaillement à l’aide de nappes en fibres de verre hachées et tissées

Des ponts et bâtiments plus résistants

Beaucoup des ponts et des bâtiments que nous utilisons quotidiennement sont constitués de poutres en béton qui perdent progressivement de la résistance en vieillissant et qui supportent parfois des trafics plus lourds que ceux prévus à l’origine. Cette étude explore une méthode relativement simple pour redonner une seconde vie à ces poutres en les enveloppant de peaux minces en fibres de verre, ce qui les rend plus sûres et plus durables sans démolir la structure ni ajouter des étais volumineux.

Comment les poutres en béton échouent habituellement

Le béton supporte très bien les efforts de compression mais est peu résistant aux efforts de traction, qui se manifestent par le fléchissement et le glissement d’une poutre. Avec le temps, des fissures visibles apparaissent et peuvent s’élargir brusquement, entraînant une rupture fragile sans beaucoup d’avertissement. Les chercheurs se sont concentrés sur deux modes de rupture clés : la flexion au milieu, qui provoque le fléchissement, et le cisaillement près des appuis, qui génère des fissures diagonales nettes et un effondrement soudain. Comprendre et améliorer ces deux points faibles est essentiel pour la sécurité des structures quotidiennes comme les planchers, les ponts et les parkings.

Envelopper les poutres avec des peaux en fibre de verre

Plutôt que de remplacer les poutres faibles, l’équipe a testé des nappes minces en fibres de verre qui peuvent être collées à l’extérieur d’une poutre comme un pansement. Deux types de nappes ont été utilisés : une couche duveteuse à fibres orientées aléatoirement appelée chopped strand mat (nappe de brins hachés) et une couche plus régulière appelée woven roving mat (nappe tissée). Les deux étaient liées avec une résine époxy et appliquées en forme de U autour des côtés et du dessous de chaque poutre en béton, la face supérieure restant libre pour que la poutre puisse reposer sur ses appuis. Huit poutres pleine échelle ont été fabriquées et réparties en groupes pour étudier séparément la flexion et le cisaillement, chaque groupe comprenant un témoin non enveloppé et des poutres enveloppées d’une couche de chaque nappe seule ou des deux combinées.

Ce que les expériences ont révélé

Les poutres ont été placées dans une machine d’essai et chargées par vérins hydrauliques jusqu’à rupture, tandis que l’équipe mesurait leur flèche, l’évolution de leur raideur interne et la formation et la propagation des fissures. L’enroulement a retardé l’apparition des premières fissures et a permis aux poutres de se déformer davantage et d’absorber plus d’énergie avant la rupture. Dans les essais en flexion, la poutre non enveloppée supportait 18,6 kilonewtons, tandis que les poutres enveloppées avec la nappe hachée, la nappe tissée et l’hybride des deux atteignaient respectivement 23,6, 27,2 et 31,84 kilonewtons, soit jusqu’à environ 42 % de plus que le témoin. Dans les essais en cisaillement, la même séquence a porté les capacités de 18,6 à 24,0, 25,2 et 28,32 kilonewtons, des augmentations d’environ 22 à 34 %.

Pourquoi l’enroulement hybride a donné les meilleurs résultats

Des mesures précises de la courbure des poutres, de la perte de raideur et des déformations en cisaillement ont montré que les deux nappes en verre contribuent différemment. La nappe hachée offrait un contrôle étendu des fissures et une ductilité accrue, tandis que la nappe tissée apportait des fibres mieux alignées et plus résistantes qui supportaient davantage d’effort dans les zones critiques. Combinées en un enroulement hybride, elles ont fonctionné en synergie : les fissures apparaissaient plus tard, restaient plus étroites et les poutres supportaient des charges plus élevées en flexion comme en cisaillement avant la rupture. L’inconvénient était que le point le plus faible se déplaçait du béton vers l’interface collée, où certaines poutres ont échoué par décollage de la couche de fibres, ce qui souligne l’importance de la préparation de surface et des performances de l’adhésif.

Ce que cela signifie pour les structures réelles

Pour un public non spécialiste, le message est que des vestes minces et légères en fibres de verre peuvent augmenter significativement la résistance et la ténacité des poutres en béton existantes sans ajouter beaucoup de masse ou d’encombrement. L’étude indique qu’un habillage en U hybride utilisant à la fois des nappes hachées et tissées est particulièrement efficace, améliorant la manière dont les poutres supportent les efforts de flexion et de cisaillement courants et leur comportement lorsqu’elles sont poussées près de la rupture. Les auteurs notent que des essais supplémentaires sont nécessaires sur des séries plus larges de poutres et sur la durabilité à long terme, mais leurs résultats suggèrent une voie pratique pour prolonger la durée de service des ponts et bâtiments en béton vieillissants en utilisant un renforcement extérieur relativement simple.

Citation: Govindarajan, S., Devi, V., Yong, X. et al. Performance evaluation of strengthened concrete beams: flexural and shear enhancement using chopped strand and woven roving mats. Sci Rep 16, 15415 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43304-2

Mots-clés: poutres en béton, enroulement en fibre de verre, renforcement structurel, capacité en flexion et en cisaillement, rétrofit