Une nouvelle génération de polymères renforcés de fibres de verre pour des tunnels plus robustes
Les GRFP ont tout pour eux: ils sont neutres du point de vue électromagnétique, non-conducteurs au niveau thermique et électrique, non-corrosifs, plus solides que l'acier, et insensibles aux ions chlorure et au pH faible. Ils sont transparents aux champs magnétiques et fréquences radio et, plus important, durables. Le secteur ne s'y est pas trompé. Selon les prévisions, le marché mondial des GFRP devait presque doubler d'ici 2026, passant de 44,1 à 83,63 milliards de dollars. Les GFRP sont aujourd'hui couramment utilisés pour la construction d'ouvrages tels que ponts, digues ou arrêts de bus, ainsi que pour renforcer d'actuelles structures en béton ou acier – augmentant ainsi leur durée de vie en environnement difficile. Avec le projet COMPOSKE, l'équipe de la PME italienne ATP emmenée par Giona Maddaluno, ingénieur, avait pour objectif d'abattre les obstacles restants à l'utilisation des GFRP dans les tunnels. «Actuellement, les armatures GFRP utilisent des barres droites, tandis que les segments de tunnel préfabriqués exigent des «barres formées» constituant des boucles fermées, suffisamment souples pour s'adapter aux coffrages, lesquels doivent également s'intégrer à des étriers circulaires. Le projet COMPOSKE a innové en proposant un nouveau produit, une technologie de production inédite et de nouvelles directives de projection pour les segments de tunnel», explique-t-il. Spécialisé dans les armatures en GFRP pour tunnels ferroviaires, autoroutiers et de métro, ATP a identifié chez ses clients le besoin d'utiliser de nouveaux étriers. L'Instrument PME a apporté à l'entreprise l'opportunité parfaite de proposer sa propre solution. Plusieurs prototypes ont été construits, et trois types de tests (flexion, tunnelier TBM et actions en flexion / force axiale) ont été mis au point pour caractériser le matériau et pour l'optimiser. D'ambitieux projets en ligne de mire Le nouveau produit est destiné à deux types de segments préfabriqués: le premier sera utilisé pour les jonctions diélectriques, voies de contournement, niches de sécurité incendie et élargissements de tunnel; l'autre consiste en une combinaison de béton renforcé de fibres d'acier (SFRC) et d'armatures de fibres de verre (GFRP). Des segments préfabriqués du premier type sont actuellement utilisés pour la construction de la ligne 4 du métro de Milan. Ils sont renforcés d'armatures de fibre de verre, particulièrement utiles lorsque des problèmes de durabilité pourraient mettre en danger l'intégrité du tunnel. «La possibilité d'utiliser un renforcement non métallique permet de réduire considérablement la couche de béton, et d'éviter les risques d'écrasement lors de la manipulation des segments. L'utilisation de renforcements de fibres de verre convient également aux pièces pour tunnel destinées à être démolies, comme dans les lignes de métro, lorsque la station est construite une fois le tunnel creusé ou lorsque la portion du tunnel doit être modifiée pour des raisons de sécurité», indique M. Maddaluno. L'utilisation du second type de segments est envisagée pour le Thames Tideway Tunnel, un tunnel de 25 km qui passera sous la portion de la Tamise située en zone de marée et traversera le centre de Londres. Il aura pour mission de capturer, stocker et transporter les eaux pluviales et usées qui se déchargent actuellement dans la rivière. Grâce à ce produit mixte, il est désormais possible de satisfaire les demandes les plus variées du marché concernant les formes d'étriers. Constitué d'une structure de renforcement GFRP et de béton renforcé de fibres de verre (SFRC), il peut, par soudage, réduire la propagation des fissures provoquées par la rétractation hygrométrique. «L'ajout de fibres à la matrice nous permet d'augmenter la ductilité du béton et de le rendre résistant même après fissuration. De plus, le renforcement mixte offre de nombreux avantages: économie importante, résistance à l'incendie supérieure à celle des armatures, meilleure résistance à la flexion et au cisaillement que les cages habituelles, incidence plus faible des dommages mineurs», souligne M. Maddaluno. Jusqu'à présent, le produit a reçu un accueil très positif dans le secteur, avec des applications envisagées dans la construction de tunnels ferroviaires, autoroutiers et de métro, mais aussi dans l'évacuation des eaux usées. «Les objectifs du projet ont été atteints. Nous avons maintenant pour objectif d'apporter des améliorations majeures au projet en réduisant les délais de production en masse. Si tout se passe bien, nous pouvons imaginer qu'il sera possible de mettre au point une technologie encore plus perfectionnée présentant un niveau élevé d'industrialisation et de précision dans les années à venir», conclut M. Maddaluno.
Mots‑clés
COMPOSKE, tunnel, SFRC, GFRP, composites, renforcement, métro, eaux usées
