Techniques intégrées NSM et GFRP renforçant des manchons d'ECC/UHPC pour renforcer des poteaux en BA déficients

Pourquoi des poteaux en béton plus sûrs comptent

De nombreux bâtiments en béton plus anciens perdent discrètement de la résistance à mesure que les aciers dissimulés dans leurs poteaux se corrodent. Ce dommage lent peut réduire la charge que la structure peut supporter en toute sécurité et sa capacité à résister aux séismes ou autres événements extrêmes. Cette étude explore une nouvelle façon de redonner une seconde vie à ces poteaux affaiblis en utilisant de fines enveloppes extérieures haute résistance et des barres d’armature supplémentaires placées juste sous la surface.

Comment les poteaux s’affaiblissent discrètement

Les poteaux en béton armé constituent les « os » verticaux d’un bâtiment, supportant les planchers et les toitures. Avec le temps, l’humidité et les sels peuvent corroder les barres d’acier qui s’y trouvent. Quand l’acier rouille, il s’amincit, se dilate, fissure le béton environnant et affaiblit l’adhérence acier‑béton. Le poteau perd alors en résistance, en raideur et en capacité de se déformer sans rupture brutale. Il existe des méthodes de réparation traditionnelles, mais elles peuvent être volumineuses, coûteuses ou insuffisamment efficaces pour des éléments fortement détériorés.

Nouvelles gaines et barres cachées

Les chercheurs ont étudié une méthode de réparation combinée qui renforce à la fois l’intérieur et l’extérieur du poteau. D’abord, ils ouvrent de faibles rainures le long de la surface du poteau et y scellent des barres d’armature supplémentaires, soit en acier traditionnel, soit en barres en fibres de verre résistantes à la corrosion. Cette approche est connue sous le nom d’armature ancrée près de la surface (near‑surface mounted reinforcement). Ensuite, ils enveloppent le poteau d’une fine coquille extérieure réalisée avec des matériaux cimentaires spéciaux bien plus résistants et durables que le béton ordinaire. Un type, appelé composite cimentaire conçu (engineered cementitious composite), contient de fines fibres qui contrôlent la fissuration ; l’autre, un béton ultra‑haute performance (ultra‑high‑performance concrete), est encore plus résistant et inclut des fibres d’acier. Une légère armature en maille de fibres de verre a été incorporée dans ces gaines pour aider à maintenir l’ensemble.

Mise à l’épreuve des poteaux renforcés

Pour évaluer l’efficacité du système, l’équipe a construit et testé en laboratoire onze poteaux courts et circulaires. L’un était un poteau témoin sain, tandis qu’un autre avait été volontairement affaibli pour simuler la corrosion en utilisant des barres d’acier de plus petit diamètre. Les autres étaient des poteaux affaiblis réparés de différentes manières : seulement avec des gaines des matériaux riches en fibres, ou avec la combinaison de barres près de la surface et de gaines, en utilisant soit des barres en acier soit en fibres de verre et une ou deux couches de maille. Tous les poteaux ont ensuite été comprimés axialement jusqu’à la rupture pendant que des instruments enregistraient la charge supportée et la raccourcissement.

Comportement sous forte sollicitation

Le poteau endommagé non réparé a échoué de façon fragile, avec flambage des armatures internes et une chute nette de résistance. L’ajout d’une gaine en composite cimentaire conçue avec maille a produit des gains modestes de capacité et une rupture plus progressive. Quand des barres en acier placées près de la surface ont été combinées à ces gaines, les poteaux ont supporté 25 à 32 % de charge en plus que le poteau endommagé et ont absorbé jusqu’à presque quatre fois plus d’énergie avant l’effondrement. Le remplacement du matériau externe par du béton ultra‑haute performance a donné des résultats encore meilleurs, augmentant la capacité portante de 35 à 44 % et l’absorption d’énergie jusqu’à environ 4,7 fois. La meilleure performance provenait de barres en fibres de verre près de la surface associées à des gaines en UHPC, qui ont accru la résistance d’environ 49 % tout en conservant une bonne ductilité.

Modèles numériques et enseignements de conception

L’équipe a également construit des modèles numériques détaillés des poteaux pour simuler l’interaction des matériaux et prédire la fissuration, l’écrasement et le décollement aux interfaces. Ces modèles ont bien reproduit les résistances mesurées, les déplacements et les schémas de dommages visibles, ce qui donne confiance dans l’utilisation de l’approche pour explorer d’autres configurations. Une étude numérique supplémentaire a montré que l’utilisation de barres internes d’acier de plus grand diamètre augmente la résistance du poteau, mais les gains diminuent avec l’augmentation du diamètre, suggérant qu’il existe une plage efficace plutôt qu’une règle « plus c’est mieux ».

Ce que cela signifie pour les structures existantes

Pour les ingénieurs et les propriétaires de bâtiments, les résultats indiquent que des gaines minces en matériaux cimentaires avancés, associées à des armatures près de la surface, peuvent restaurer ou même augmenter la résistance et la ténacité de poteaux en béton détériorés sans augmentation majeure des dimensions. Les gaines en béton ultra‑haute performance, surtout lorsqu’elles sont combinées à des barres en fibres de verre, se sont avérées particulièrement efficaces pour confiner le noyau en béton et retarder la rupture brutale. En termes pratiques, cette technique combinée offre une voie prometteuse pour prolonger la durée de vie sûre des bâtiments et infrastructures vieillissants en s’appuyant sur des renforts minces et durables.

Citation: Elsamak, G., Bahrami, A., Emara, M. et al. Integrated NSM and GFRP-reinforced ECC/UHPC techniques for strengthening deficient RC columns. Sci Rep 16, 16440 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52870-4

Mots-clés: poteaux en béton, renforcement structurel, dommages par corrosion, béton haute performance, techniques de réhabilitation