Renforcement d'un pont multi-poutres en béton précontraint

Le projet concerne un pont routier existant en Espagne, faisant partie d'une autoroute à double tablier dont la structure de la chaussée parallèle est visible à côté. La superstructure se compose de travées simplement appuyées formées de poutres en I en béton précontraint préfabriquées et rapprochées, surmontées d'une dalle en béton armé coulée en place ; chaque poutre s'appuie indépendamment sur des culées en mur de béton armé et des appuis de piles intermédiaires. Il s'agit de la configuration standard de pont préfabriqué-précontraint construite en grand nombre sur tout le réseau autoroutier espagnol dans les années 1980 et 1990.

Après plusieurs décennies de service, l'inspection courante et l'évaluation structurelle ont révélé que les poutres fonctionnaient en dessous de la capacité exigée par les conditions de trafic actuelles. Les parements des culées présentaient des traces d'eau et des efflorescences de longue date — signes d'une exposition à l'humidité liée à l'âge concentrée aux extrémités des poutres — et le classement de charge a confirmé que tant la capacité de flexion à mi-travée que la capacité au cisaillement près des appuis ne répondaient plus aux exigences des charges de véhicules actuelles.

• Charges de trafic croissantes : les poids des véhicules et les volumes de trafic ont largement dépassé les hypothèses retenues lors de la conception du pont, ne laissant que peu de capacité de réserve aux poutres préfabriquées.

• Un système simplement appuyé n'a aucune réserve de continuité : contrairement aux tabliers continus, chaque travée porte ses propres charges de manière indépendante — la demande de flexion culmine à mi-travée et la demande de cisaillement culmine aux extrémités des poutres, sans redistribution possible entre travées adjacentes. Dès que l'une ou l'autre de ces capacités est dépassée, il n'existe aucun chemin de charge alternatif.

• Détérioration liée à l'âge : des années d'exposition à l'humidité dans les zones de culée ont dégradé le béton précisément là où les efforts de cisaillement sont les plus élevés.

• La continuité du service n'était pas négociable : le remplacement ou la reconstruction étaient hors de question. L'autoroute ne pouvait tolérer de fermetures, et toute solution devait être exécutée entièrement par le dessous du tablier.

Mise à niveau des poutres préfabriquées par CFRP — la disposition du renforcement correspond directement au schéma d'efforts du système simplement appuyé : plaques longitudinales en fibre de carbone pour la demande de flexion à mi-travée, U-wrap en fibre de carbone en zone d'extrémité pour la demande de cisaillement.

Le projet utilise un système CFRP combiné de Horse Construction, appliqué en deux étapes complémentaires :

1. Plaques CFRP sur trois faces de la poutre — renforcement en flexion

Des plaques en fibre de carbone pultrudées ont été collées avec un adhésif structurel pour plaques sur trois faces de chaque poutre en I préfabriquée : l'intrados (la zone de traction sous flexion positive) et les parties inférieures des deux âmes, en s'étendant longitudinalement le long des travées.

Les plaques d'intrados agissent comme une armature de traction externe : une fois collées, elles se déforment en compatibilité avec le béton et les aciers de précontrainte internes, augmentant directement la capacité de flexion en moment positif de la poutre — la demande déterminante à mi-travée d'une travée simplement appuyée. Les plaques latérales d'âme élargissent la zone de traction renforcée et améliorent la transmission des efforts autour des angles intrados–âme. Les plaques pultrudées en usine ont été choisies pour leur teneur en fibres élevée et régulière, une considération importante pour les éléments porteurs de pont dont la performance à long terme dépend de l'homogénéité du matériau.

2. U-wrap en tissu de CFRP — renforcement au cisaillement et ancrage des plaques

Sur les plaques collées, un tissu unidirectionnel en fibre de carbone (HM-30, 300 g/m², épaisseur durcie de 0,167 mm) a été appliqué par voie humide (wet lay-up) sous forme d'enveloppes en U : le tissu imprégné passe sous l'intrados de la poutre et remonte le long des deux âmes, formant une bande de confinement sur trois faces. La dalle du tablier empêchant l'enveloppement complet, le U-wrap est la configuration de cisaillement standard pour ce type de poutre.

Ces enveloppes remplissent deux fonctions simultanément :

• Armature de cisaillement — agissant comme des étriers externes, les enveloppes interceptent les fissures diagonales de traction principale qui se développent dans les âmes près des appuis, augmentant la capacité au cisaillement de la poutre. Les enveloppes se concentrent vers les zones de culée et de pile, là où la demande de cisaillement dans une travée simplement appuyée culmine — bien visible dans la couverture de renforcement plus dense aux extrémités des poutres.

• Ancrage mécanique des plaques — en enserrant les plaques d'intrados et d'âme, les U-wrap limitent le décollement en bout de plaque et en zone intermédiaire, améliorant substantiellement la durabilité et la marge de sécurité du renforcement en flexion.

Les défauts du support ont été réparés et nivelés avant le collage, des congés d'angle ont été réalisés aux jonctions âme–intrados pour éviter la concentration de contraintes là où le tissu se plie, et des cales temporaires ont maintenu le tissu en place pendant la durcissement de la résine afin d'assurer un contact total avec le béton.

Le système combiné plaques et U-wrap a restauré à la fois la capacité de flexion et la capacité de cisaillement des poutres préfabriquées simplement appuyées pour répondre aux exigences de charge actuelles, prolongeant la durée de service du pont pour une fraction du coût et des perturbations d'un remplacement.