Un bon et dur regard sur le pré

Dec 18, 2023

D’après l’apparence d’une allée ou d’un trottoir moyen, il peut sembler que le béton est destiné à se fissurer. Mais si le béton est si sujet à la fissuration, comment pouvons-nous l’utiliser dans autant d’applications à fortes contraintes comme les ponts et les gratte-ciel ? Cette question m'est venue alors que je faisais des recherches sur la thermite imprimée en 3D pour un article. La thermite est souvent utilisée dans le soudage des voies ferrées, et j'ai lié une vidéo de nouvelles voies soudées comportant des traverses en béton. Je savais que je devais découvrir comment fabriquer du béton pour résister à la pression des trains de marchandises.

À lui seul, le béton est fragile et n’a aucune résistance. Mais cela ne veut pas dire qu’il n’est pas fort. Bien que le béton ait une bonne résistance à la compression, sa résistance à la traction est assez médiocre. Vers la fin des années 1800, quelqu’un a pensé à fortifier des travées de béton avec des barres d’armature en acier, mieux connues sous le nom de barres d’armature. L'acier peut s'étirer, l'ajout de barres d'acier donne au béton une certaine résistance à la traction qui va de pair avec sa résistance à la compression. Les barres d'armature permettent également d'utiliser des dalles et d'autres éléments plus minces.

Les barres d'armature ou le béton armé de treillis sont bons pour des choses comme les parkings et les routes, mais ils échouent toujours avant qu'ils ne le devraient. En fait, il faut généralement qu'elle se fissure avant que la barre d'armature puisse briser sa résistance à la traction.

Dans les applications de béton à fortes contraintes comme les ponts et les gratte-ciel, il est extrêmement important d'éviter la déflexion : c'est à ce moment-là qu'un élément en béton fléchit et se plie sous la charge. La déviation peut faire éclater les revêtements de verre modernes des gratte-ciel, entre autres problèmes.

Un pont solide et rigide est bien plus agréable à parcourir à pied, en voiture ou à vélo qu'un pont qui se balance au gré de la brise. Mais comment réaliser un pont rigide ? Une solution consiste à appliquer des contraintes sur le béton avant qu'il ne supporte la charge de voitures et de camions ou un horaire régulier de trains de marchandises.

Le béton précontraint est comme le béton armé de barres d'armature, mais avec le pouvoir supplémentaire de tension intégré. En ajoutant une contrainte au béton avant sa mise en service, la déflexion sera réduite, voire complètement éliminée. Avec l’ajout de la résistance à la traction, une plus grande partie de la résistance du béton peut entrer en jeu.

Le béton précontraint est fabriqué en faisant passer des tendons à travers un élément en béton ou à proximité de celui-ci, puis en tirant les tendons à partir des points d'ancrage pour ajouter de la tension. Ces tendons sont généralement constitués d'acier à haute tension, de fibre de carbone ou de fibre d'aramide, utilisée dans les tissus anti-balistiques. Ils sont disposés dans une configuration monobrin ou multibrin et agissent un peu comme des élastiques.

Le résultat de la précontrainte du béton est que les futures forces de compression feront que le militaire se comportera comme du super béton, et les futures forces de traction le feront agir davantage comme de l'acier à haute tension. En d’autres termes, le béton précontraint peut bien mieux résister à la pression et même à la torsion que le béton ordinaire. Il est essentiellement programmable car il est précontraint d'une manière calculée qui imite les contraintes qu'il supportera une fois en service.

Le « pré » dans la précontrainte signifie que cela se produit avant la mise en service de l'élément en béton. La mise en tension elle-même peut être effectuée soit avant le coulage du béton, soit après sa prise. Il existe diverses raisons d’utiliser l’une ou l’autre méthode, mais elles sont assez égales en termes de résultats.

Il s’agit de la méthode de précontrainte du béton la plus ancienne et remonte à la fin des années 1800. La prétension est généralement utilisée dans la fabrication de poutres, de dalles de plancher, de balcons, de réservoirs d'eau et de tuyaux en béton. Avant que le béton ne soit coulé, les câbles sont fixés entre les ancrages d'extrémité, qu'ils se retrouvent dans le béton ou directement à côté de celui-ci.

Au fur et à mesure que le béton durcit, il adhère aux tendons et la tension des tendons est transférée au béton durci. Une fois déboulonnées, les tiges restent tendues, maintenues en place par le béton. La pré-tension est souvent effectuée avant un projet de construction et les pièces terminées sont expédiées sur le site. De cette façon, des multiples peuvent être fabriqués en même temps dans un grand moule appelé lit de coulée. Ceux-ci sont mis en place avec des câbles longs de plusieurs membres, puis coupés une fois le béton durci.