La précontrainte : solutions techniques pour renforcer vos infrastructures
Brevetée par l’ingénieur Eugène Freyssinet en 1928, la précontrainte est une technique de construction visant à « injecter » des efforts dans une structure béton qui sera soumise à une traction ou à des chargements extérieurs, comme le passage de véhicules lourds sur des ponts ou des voies ferrées via des câbles ou des tirants.
C’est Eugène Freyssinet qui a l’idée de pré-comprimer le béton. En 1908, il a expérimenté ce procédé en construisant une arche d’essais de 50 mètres dont les culées étaient reliées l’une à l’autre par un tirant de section environ triple de celle de la voûte, et précontraint sous 2 500 tonnes. Il a parlé alors de « pré-compression permanente des bétons ». Il n’inventera le mot « précontrainte » qu’en 1933.
ITS Entreprise, équipe d’ingénieurs et de techniciens, intervient dans la construction, la réparation et le renfort de nombreux bâtiments et ouvrages d’art pour assurer leur stabilité dans la durée.
Principe de la précontrainte du béton
Le béton est un matériau de construction aux propriétés exceptionnelles en matière de résistance à la compression, toutefois, il résiste mal à la traction. Il est donc essentiel de l’aider à maintenir sa résistance structurelle par la mise en tension d’une armature qui est soit constituée par des tirants, soit par des câbles en acier. Cette technique de construction béton conçue par Eugène Freyssinet allège visuellement les édifices, puisqu’elle remplace les porteurs traditionnels par des structures porteuses de plus grandes portées qu’en béton armé. Elle permet donc une grande liberté architecturale. De plus, la précontrainte du béton augmente la durée de vie des ouvrages (suppression de l’apparition de fissures) tout en réduisant la quantité de matériaux requis durant la construction. Cette technique prend donc encore plus de sens dans le contexte environnemental actuel, où tous les acteurs contribuent à décarboner le bâtiment. La précontrainte du béton réduit l’impact environnemental des constructions neuves et contribue à préserver le patrimoine architectural ancien. Sur le plan calculatoire, les structures précontraintes sont aujourd’hui dimensionnées à l’Eurocode 2, code de calcul successeur du BPEL 91.
Techniques de construction en béton précontraint
Le béton précontraint peut désigner une forme améliorée de béton armé, associant de l’acier au béton.
Plus fréquemment, ce terme désigne des techniques de construction en précontrainte du béton par post-tension. Des câbles en acier sont placés dans le coffrage avant le bétonnage.
Béton armé
La construction en béton armé précontraint consiste à placer des barres en acier dans le coffrage avant le bétonnage. Les barres sont dites « passives », puisqu’elles ne seront sollicitées qu’à la mise en charge de la structure.
Béton précontraint en post-tension ou prétension
- Le béton précontraint est une technique avancée en ingénierie civile qui augmente la durabilité et la capacité de charge des structures en béton. La construction de structures en béton précontraint consiste à mettre en tension des câbles avant (on parle alors de prétension) ou après la prise du béton frais (on parle alors de post-tension).
- Dans les deux cas, la compression du béton équilibrera la tension dans les aciers et permettra de construire des structures plus légères, tout en garantissant une résistance accrue.
Précautions à prendre
La corrosion est le défaut de durabilité le plus répandu du béton précontraint. Dans des conditions normales, sans baisse de pH significative, les armatures enrobées de béton compact et sans fissure sont protégées naturellement des risques de corrosion par une pellicule protectrice qui se forme à la surface de la structure.
Cependant, dans des milieux acides comme en bord de mer ou dans une cuve de liquides à bas pH, la carbonatation va endommager cette pellicule protectrice. Il convient de prévoir un enrobage béton renforcé pour préserver les câbles de la corrosion, avant ou après la coulée du béton, et éviter que le béton ne devienne poreux. Après un choc ou un sinistre, il est également essentiel de vérifier l’intégrité de la structure béton et la nécessité de renforcer ou non la structure.
La précontrainte additionnelle, l’injection de fissure, l’application de revêtements en polymères font partie des nombreuses solutions à disposition d’ITS Entreprise pour réparer et préserver une structure en béton précontraint. Notons également l’application de protection cathodique en réfection d’ouvrages exposés aux ions chlorures notamment.
Béton précontraint en pré-tension
La méthode de pré-tension est une technique souvent de préfabrication qui consiste à tendre les câbles d’acier avant de couler le béton. Ces câbles sont ancrés à chaque extrémité du banc de mise en tension et tendus jusqu’au résultat désiré. Une fois que le béton a été coulé autour de ces câbles et qu’il a atteint une résistance suffisante, la tension est relâchée. Le relâchement de la tension induit une compression dans le béton, augmentant sa capacité à résister aux charges de traction.
Les avantages de la pré-tention
- – Excellente résistance à la traction et à la flexion,
- – Réduction du risque de fissuration
- – Entretien minimal
- – Économies d’aciers et de béton
- – Réduction du nombre d’éléments porteurs
- – Liberté architecturale
Utilisations courantes du béton en pré-tention
- La précontrainte en pré-tension est idéale pour des éléments préfabriqués comme les poutres, dalles et poteaux, mais aussi pour la réalisation de structures industrielles, agricoles et commerciales. Cette technique de construction est donc utilisée pour :
- – Traverses de voies ferrées
- – Ponts et viaducs
- – Poutres de toiture
- – Dalles de plancher préfabriquées
Béton précontraint en post-tension
Sur des ouvrages neufs :
Contrairement à la méthode de pré-tension, la post-tension implique la mise en place de câbles d’acier après que le béton ait été coulé et ait atteint une certaine résistance. Ces câbles, souvent logés dans des gaines en plastique, sont ensuite tendus et ancrés au béton. Nous évoquerons également la technique de carbone précontraint – également appelée précontrainte carbone – qui permet l’ajout de plats carbones mis en traction grâce à des vérins. Ce type de précontrainte présente un avantage certain quant à la légèreté du système et sa faible emprise (de l’ordre de 4cm au niveau des ancrages et moins de 3mm au droit des plats carbone).
Le béton précontraint par post-tension réduit les déformations et vibrations à l’origine de fissures sur du béton « classique ».
Cette méthode permet également une plus grande liberté dans la conception architecturale, car elle peut être appliquée sur site et adaptée aux formes complexes.
Avantages du béton précontraint en post-tension :
- – Flexibilité de conception, permettant des formes architecturales uniques et s’adaptant à de nombreuses situations de construction
- – Possibilité de retendre les câbles si nécessaire, offrant une meilleure adaptabilité aux changements structurels.
- – Efficace pour les grandes portées et les charges lourdes, comme dans les stades ou les parkings à plusieurs niveaux.
- – Lorsque la zone d’ancrage post-tension est extérieure à la structure, le changement des câbles et le renforcement de la structure sont facilités, ce qui allonge sa durée de vie et l’adapte en cas de charge d’exploitation ou de charge climatique accrue.
Sur des ouvrage à réparer:
- La précontrainte par post-tension est également utilisée par ITS afin de renforcer des ouvrages existants (précontraints ou non) pour en augmenter les capacités portantes.
- Celle-ci est souvent dénommée précontrainte additionnelle ou externe, elle a pour objectif d’introduire des efforts dans la structure existante pour compenser le déficit de résistance de celle-ci, notamment via « l’injection » d’un moment de précontrainte.
- ITS utilise la précontrainte externe traditionnelle par câbles, mais également la technique innovante par plats carbone précontraints. La première technique nécessite la réalisation de bossages afin d’ancrer la précontrainte et toutes deux doivent faire l’objet d’une étude structurelle spécifique.
- – Degré de renforcement très élevé : la précontrainte additionnelle permet d’augmenter très fortement les capacités résistantes des ouvrages
- – Systèmes « légers » n’apportant que très peu de charges additionnelles
- – Augmentation de la durée de vie des ouvrages
- – Réduction de l’impact environnemental face à des solutions plus lourdes
- – La technique par plats carbone précontraints réduit le risque de corrosion
- – D’ouvrages d’art
- – De silos
- – D’immeubles de grande hauteur
- – D’ouvrages avec grandes portées (gymnases..)
- – D’ouvrages constitués d’éléments préfabriqués précontraints (dalles alvéolées, prédalles précontraintes, poutres précontraintes…)
- – De Parkings
- – De Stades
- – De Structures off-shore
- – De Bâtiments industriels d’envergure
ITS entreprise, spécialiste des constructions complexes
Depuis plus de 30 ans, ITS Entreprise déploie des solutions de pointe dans le secteur des travaux spéciaux, notamment pour construire, réparer et consolider les ouvrages d’art et bâtiments en béton armé et précontraint.
- – Accompagnement personnalisé en maintenance et entretien de constructions
- – Diagnostic des ouvrages affectés par une détérioration du béton d’enrobage
- – Contrôle du ferraillage des bétons armés et précontraints
- – Consolidation de structures porteuses
- – Reprise en sous-œuvre de la structure en acier et béton armé
- – Réparation de failles et de fissures
- – Pose de revêtement d’étanchéité sur dalle béton
- – Cuvelage & Injection béton