Conception et optimisation de parapets préfabriqués avec trottoir intégré en béton renforcé de fibres pour les ponts

Les parapets de pont assurent la sécurité des usagers en redirigeant les véhicules errants, tout en limitant les blessures subies par les occupants du véhicule. À cause de leur grande résistance et de leur capacité de retenir les véhicules, les parapets en béton sont les plus largement répandus. Cependant, il existe des préoccupations grandissantes quant à leur durabilité. En effet, lors de la coulée des parapets et des trottoirs, les restreintes imposées par les éléments sous-jacents empêchent le retrait libre du béton, générant ainsi des contraintes dans la matrice encore faible du béton au jeune âge. Le retrait restreint, les gradients thermiques et les vibrations induites par la circulation sont à l'origine de réseaux de fissures verticales souvent observables quelques heures seulement après la coulée des éléments. En conséquence, le béton et les armatures sont prématurément exposés à la pénétration d'eau, d'agents agressifs, et aux cycles de gel-dégel. Il est ainsi fréquent que les propriétaires d'ouvrages aient à réparer ou à remplacer les parapets avant que leur durée de vie utile ne soit atteinte. C'est dans ce contexte que l'École Polytechnique de Montréal, des propriétaires d'ouvrage (la Ville de Montréal et la Société des Ponts Jacques Cartier et Champlain Incorporés) et des entreprises oeuvrant dans la construction en béton (Béton Brunet et Euclid) se sont orientés vers la conception de parapets préfabriqués avec trottoir intégré. Le recours aux parapets préfabriqués permet de contourner la fissuration précoce de même que les longs délais associés à la construction en chantier. L'utilisation de bétons renforcés de fibres (BRF), dont les propriétés mécaniques et les résistances sont supérieures à celles des bétons ordinaires (BO), permet d'envisager un comportement mécanique et une durabilité accrue.

Abstract

Bridge barriers provide safety for vehicle passengers by containing and redirecting errant vehicles. Most Canadian bridge barriers are cast-in-place concrete barriers. Concrete barriers deliver great resistance while being efficient for keeping vehicles in the roadway than other types of barriers. While structural adequacy is established for the cast-in-place barriers, there are growing durability concerns associated to their construction sequence. Early-age cracks associated to restrained shrinkage, thermal gradients and traffic vibrations are frequently observed, exposing the young concrete matrix and reinforcement to water penetration. This premature degradation is magnified by the severe freeze-thaw cycles and exposition to the high concentration of chlorides found in the de-icing salts spread on bridge surface. Many barriers require unexpected, and costly premature repairs or replacements. Furthermore, on-site installations of formwork and reinforcement, concrete casting and curing period are time-consuming sequences. Precast barriers can adequately address the aforementioned challenges. Extensive research has been carried at Polytechnique Montreal to develop precast High Performance Fiber Reinforced Concretes (HPFRC) barriers. Restraints-free shrinkage, and curing of concrete in a controlled environment eliminates early-age cracking issues, while the shorter delays associated to on-site installation time of precast barriers significantly accelerates bridge construction and reparation. Finally, the higher durability properties exhibited by HPFRC will subsequently enhance the barriers' lifespan.