Renforcement des ponts

Préface

Ces dernières années, les incendies ont régulièrement endommagé des ponts. Généralement, l'écaillage du béton des poutres de dalle, des poutres de couronnement et des piliers entraîne une réduction de la section. Dans les cas les plus graves, les barres d'acier nues, la perte de précontrainte des barres précontraintes et la déflexion des poutres à âme pleine augmentent, entraînant des fissures de traction à la base de ces dernières, etc. Après un accident, il est nécessaire, en fonction de la situation sur place, d'analyser la durée et la température de l'incendie, d'évaluer les dommages du pont et la réduction de sa capacité portante, afin de le renforcer et de minimiser les pertes causées par l'incendie.

Analyse des dommages causés aux ponts après un incendie

1.1 Dommages au béton

En cas d'incendie, le béton est le premier à être endommagé. Sa résistance diminue avec les températures élevées. On constate qu'à des températures inférieures à 300 °C, les cristaux de ciment ne se modifient pas ; seule l'eau non liée interne s'évapore. Le coefficient de dilatation thermique des granulats et du ciment diffère, ce qui entraîne des microfissures et une légère diminution de la résistance du béton. Entre 300 et 600 °C, l'hydroxyde de calcium contenu dans la pâte de ciment se déshydrate et se décompose, endommageant légèrement les cristaux, ce qui provoque un relâchement de la pâte et une diminution de la résistance du béton. Entre 600 et 800 °C, la dolomie et le carbonate de calcium du béton commencent à se décomposer. Les granulats perdent leur stabilité et la résistance à la compression du béton diminue fortement. Exposée à des températures supérieures à 800 °C, la pâte de ciment se transforme en agglomérat discontinu et la résistance du béton est quasiment nulle. L'effet de la température sur la résistance est illustré sur le schéma.

En effet, lorsque la température n'est pas trop élevée, le béton peut éclater et s'écailler sous l'effet de la dilatation thermique. Lorsque l'eau est utilisée pour éteindre un incendie, la surface chaude du béton est rapidement refroidie par l'eau, ce qui entraîne une différence de contraintes internes et externes sur les éléments en béton, ce qui aggrave l'écaillage du béton. Par conséquent, les principaux dommages causés aux ponts en cas d'incendie sont l'explosion et l'écaillage du béton, ce qui entraîne une réduction de l'épaisseur de la couche de protection, voire de l'armature nue. Parallèlement, la section de l'élément diminue. Pour les poutres-plaques, la rigidité à la flexion diminue, la déflexion augmente et des fissures de traction apparaissent à la base de la plaque. Le béton non écaillé peut également se détacher sous l'effet des températures élevées, ce qui réduit sa résistance et sa durabilité, favorise la corrosion interne de l'acier et entraîne d'autres effets négatifs.

1.2 Dommages aux barres d'acier

Au fil du temps, pendant l'incendie, la barre d'acier s'échauffe progressivement, notamment après le décollement de la couche de protection. La résistance des barres d'armature varie peu à 200 °C, puis diminue. Leur résistance ultime, leur limite d'élasticité et leur module d'élasticité diminuent avec l'augmentation de la température du feu et se ramollissent à 450 °C. Lorsque la température atteint 600-700 °C, la structure cristalline interne des barres d'armature se modifie, ce qui entraîne une réduction importante de la résistance et du module d'élasticité, ainsi qu'une perte d'environ la moitié de la résistance. Après refroidissement, la résistance de l'acier se rétablit partiellement, mais le réarrangement cristallin interne, la limite d'élasticité et la résistance ultime diminuent, tandis que la ductilité augmente. Si de l'eau est utilisée pour éteindre le feu, la barre d'acier subira un processus de trempe et deviendra cassante. Les barres et les articulations en acier précontraint ont une teneur en carbone plus élevée et sont beaucoup plus sensibles au feu que les barres d'acier ordinaires. Une relaxation à haute température entraînera une perte importante de précontrainte. Si la couche protectrice est complètement dénudée, la barre d'acier sera directement exposée au feu, et sa surface s'oxydera et rouillera. Si elle n'est pas traitée à temps, la corrosion de la barre d'acier se développera rapidement et affectera sa résistance.

1.3 Perte de cohésion entre béton armé

En raison du coefficient de dilatation thermique élevé de la barre d'acier, la force de liaison entre la barre d'acier et le béton est initialement renforcée grâce à une liaison plus étroite. Cependant, avec l'incendie, la structure en pâte de ciment subit une destruction progressive de la force de liaison, entraînant l'éclatement explosif de la couche protectrice du béton, ce qui réduit considérablement la force de liaison.

Technologie de renforcement des ponts après incendie

Renforcement des poutres de dalle

En cas d'incendie, le béton de la poutre de dalle présente généralement des éclatements et des éclatements, qui peuvent également se desserrer. Il est donc nécessaire de couper le béton de la poutre de dalle pour l'armature. Si l'éclatement est important et que la barre d'acier est à nu, un traitement antirouille est nécessaire. Après la solidification de la couche structurelle, il est nécessaire de restaurer l'épaisseur de la section avec du mortier de réparation. Si l'éclatement est léger, il peut être réparé directement avec du mortier de réparation. Lorsque l'épaisseur de la couche d'écaillage dépasse 3 à 4 cm, la réparation directe est difficile. La barre d'acier peut être placée sous la planche, puis un treillis métallique ou un grillage peut être suspendu pour restaurer l'épaisseur initiale de la section. Si la barre d'acier est exposée, un produit antirouille et un inhibiteur de corrosion doivent d'abord être appliqués sur la barre d'acier, puis la réparation doit être effectuée à l'épaisseur initiale.

La résistance des barres d'acier des dalles et des poutres diminuant souvent après un incendie, le degré de réduction peut être déterminé en fonction de la température et de la durée de l'incendie, puis le renforcement peut être conçu pour améliorer la capacité portante. Le renforcement du béton peut être réalisé par collage de plaques d'acier ou de tissus en fibre de carbone. Le renforcement en fibre de carbone présente les avantages suivants : haute résistance, légèreté, résistance à la corrosion et durabilité.

Renfort de poutre de recouvrement

Le moment de flexion et la force de cisaillement de la poutre de recouvrement sont relativement importants, et la poutre de recouvrement est souvent cuite sur trois côtés. Par conséquent, la capacité de flexion et la capacité de cisaillement de la poutre de recouvrement diminuent fortement après l'éclatement et l'éclatement du béton. Afin d'améliorer la résistance à la flexion de la poutre de couronnement, un tissu en fibre de carbone en forme de « U » doit être fixé à sa base, à la manière d'étriers, afin d'améliorer sa résistance au cisaillement.

Renforcement des piliers

Les piliers des ponts à poutres sont généralement des colonnes cylindriques renforcées longitudinalement et dotées d'étriers hélicoïdaux. En cas d'incendie, les dommages les plus fréquents sur les piliers sont l'éclatement de la couche de protection, y compris des barres d'acier nues, et l'éclatement du béton des étriers les plus résistants. Par conséquent, la capacité portante des piliers est réduite, et les mesures de renforcement incluent généralement la restauration de la section.

Dimensionnement et renforcement de la capacité portante. Actuellement, la méthode de renforcement de la capacité portante la plus courante en ingénierie consiste à utiliser un tissu de fibres autour d'une méthode d'armature collée, ce qui permet au béton interne, en compression tridimensionnelle, d'améliorer la capacité portante des piliers. D'autres études ont montré une amélioration significative de la performance sismique des poteaux renforcés par un tissu de fibres de carbone.

Résumé

Pour le renforcement des ponts routiers endommagés par un incendie ou pour d'autres raisons visant à améliorer la capacité portante, la méthode couramment utilisée consiste à utiliser un tissu de fibres de carbone collé.